淌塘銅礦六中段2號(hào)礦體支護(hù)技術(shù)研究

盧海澤，王 毅，梅社華，趙紅良，李雙龍

（1.靖西縣錳礦有限責(zé)任公司， 廣西 靖西縣 533803；2.會(huì)東鑫聯(lián)礦業(yè)有限責(zé)任公司，四川 會(huì)東縣 615200）

隨著地下礦山向深部開(kāi)采和巷道的延伸開(kāi)挖，巖體原有應(yīng)力平衡改變，引起地應(yīng)力重新分布，使巖體均不同程度產(chǎn)生了變形、開(kāi)裂、局部剝落，甚至冒頂、垮塌。多數(shù)礦山采場(chǎng)支護(hù)和礦柱均不同程度地發(fā)生變形和破壞，開(kāi)拓采準(zhǔn)巷道、斜坡道出現(xiàn)底鼓、冒落、片幫、乃至垮塌等現(xiàn)象，對(duì)于地下礦山開(kāi)采而言，保證巷道開(kāi)挖與支護(hù)穩(wěn)定是礦山安全開(kāi)采的前提。

1 礦山概況

淌塘銅礦于2006年8月建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為1500t／d，現(xiàn)已達(dá)產(chǎn)。礦山銅礦石資源儲(chǔ)量427萬(wàn)t，平均品位0.65%。礦體走向總體北10°東，傾向北東，陡傾，傾角為65°～85°，厚度為1～40 m。已控制礦體走向長(zhǎng)620m，傾向延伸300m。淌塘銅礦擁有完整的開(kāi)拓、提升、運(yùn)輸、通風(fēng)、供電、供水、供風(fēng)、排水系統(tǒng)和選礦生產(chǎn)系統(tǒng)，生活、輔助設(shè)施完備。該礦共建有6個(gè)中段，四中段以上礦體開(kāi)采已接近收尾，目前主要開(kāi)采五中段（2385m水平），六中段（2335m水平）為持續(xù)接替中段。

根據(jù)礦山礦量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、礦山開(kāi)采計(jì)劃及礦山實(shí)際顯示，六中段2號(hào)礦體的建設(shè)進(jìn)度直接關(guān)系到2012年度生產(chǎn)任務(wù)的完成，是自礦山建設(shè)以來(lái)最大的一個(gè)礦體，地質(zhì)儲(chǔ)量約為30萬(wàn)t，地質(zhì)品位約為0.8%。礦山深部延伸接替工程約于2014年底建設(shè)完成，六中段2號(hào)礦體的服務(wù)年限直接關(guān)系到2014年底礦山是否能順利接替。

六中段2號(hào)礦體礦巖主要由凝灰質(zhì)千枚巖、炭質(zhì)絹云千枚巖和結(jié)晶灰?guī)r透鏡體組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。含礦層及其頂?shù)装鍑鷰r巖石質(zhì)量指標(biāo)低，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，以層狀巖類為主，巖體完整程度差。頂?shù)装鍑鷰r直接充水，使巖體失穩(wěn)的工程地質(zhì)問(wèn)題發(fā)育較多，坑道片幫、冒頂?shù)茸冃屋^多，礦體周邊及其內(nèi)部含有多條破碎斷層。礦巖物理性質(zhì)為：炭質(zhì)凝灰質(zhì)千枚巖類抗壓強(qiáng)度為21.2～75.1MP a，軟化系數(shù)0.43～0.72，硬度系數(shù)f＝1～5；凝灰質(zhì)千枚巖類抗壓強(qiáng)度為31.7 MP a，軟化系數(shù)0.52；根據(jù)地質(zhì)隊(duì)實(shí)地測(cè)量，坑道礦渣堆積安息角為25°～40°。

2 支護(hù)方法的選擇

2.12 號(hào)礦體開(kāi)拓巷道

六中段2號(hào)礦體礦巖破碎、穩(wěn)固性差（f＝1～5），區(qū)域涌水量大，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較，最終底部結(jié)構(gòu)采用分段崩落法漏斗受礦、小裝巖機(jī)出礦的有底部結(jié)構(gòu)，裝礦道斷面規(guī)格為2.4m×2.8m，出礦進(jìn)路斷面規(guī)格為2.7m×2.8m，斗頸規(guī)格為2m×2 m×2m，底部結(jié)構(gòu)總工程量約為760m。根據(jù)2號(hào)礦體施工進(jìn)度表計(jì)算，底部采準(zhǔn)工程和各分段鑿巖時(shí)間折合約1.5a，各分段打眼和裝藥時(shí)間總約0.7 a，出礦時(shí)間約1.7a，要使工程順利掘進(jìn)和延長(zhǎng)坑道服務(wù)年限，選擇合理的支護(hù)方式是關(guān)鍵。

2.2 支護(hù)方法選擇

結(jié)合礦山實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，初步選擇5種支護(hù)方式，見(jiàn)表1。

結(jié)合2號(hào)礦體地質(zhì)特征，由于錨噴支護(hù)中受力錨桿長(zhǎng)度受到限制，很難支撐較大的壓力，故排除。根據(jù)礦山實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，木支護(hù)、鋼支護(hù)和混凝土澆灌不能支撐較大地壓，且由類似采場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)得知，木支護(hù)服務(wù)年限為1.2a，鋼支護(hù)服務(wù)年限為2.2a，混凝土澆灌服務(wù)年限為3a，鋼筋混凝土澆灌服務(wù)年限為4a以上，而六中段2號(hào)礦體從采場(chǎng)建設(shè)到閉坑的服務(wù)年限為3.9a，故初步選擇鋼筋混凝土澆灌。

表1 5種支護(hù)方式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

六中段2號(hào)礦體底部采準(zhǔn)工程約為760m。若采用木支護(hù)，木支架間距0.2m，即完成支護(hù)需3800架，按7.5m／架計(jì)算，需木材332.05m3，木支護(hù)成本為332.05m3×1575.24元／m3＝523058元。由木支護(hù)服務(wù)年限和采場(chǎng)出礦進(jìn)度表得知，出礦總量為15000t，生產(chǎn)單位銅金屬成本為24000元，按市場(chǎng)價(jià)50000元／t計(jì)算，即最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值為15000t×0.76%×（50000元／t－23000元／t）－523058元＝2554942元。

若采用鋼支護(hù)，鋼支架間距0.3m，即完成支護(hù)需鋼材2533架，得鋼支護(hù)成本為2533架×2689.83元／架＝6813339.39元。由鋼支護(hù)服務(wù)年限和采場(chǎng)出礦進(jìn)度表得知，出礦總量為20000t，生產(chǎn)單位銅金屬成本為23000元，按市場(chǎng)價(jià)50000元／t計(jì)算，即產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值為20000t×0.76%×（50000元／t－23000元／t）－6813339.39元＝－2709339.39元。

若采用混凝土澆灌，混凝土澆灌斷面為2.2 m2，得知混凝土澆灌成本為2.2 m2×760 m×859.22元／m3＝1436615.84元。由混凝土澆灌服務(wù)年限和采場(chǎng)出礦進(jìn)度表得知，出礦總量為164000t，生產(chǎn)單位銅金屬成本為23000元，按市場(chǎng)價(jià)50000元／t計(jì)算，即產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值為164000t×0.76%×（50000 元／t－23000 元／t）－1436615.84元 ＝32216184.16元。

若采用鋼筋混凝土澆灌，混凝土澆灌斷面為2.2 m2，得知澆灌成本為2.2m2×760m×1900元／m3＝3176800元。由鋼筋混凝土澆灌服務(wù)年限和采場(chǎng)出礦進(jìn)度表得知，出礦總量為240000t，生產(chǎn)單位銅金屬成本為23000元，按市場(chǎng)價(jià)50000元／t計(jì)算，即產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值為240000t×0.76%×（50000元／t－23000元／t）－3176800元＝46071200元。

通過(guò)上述經(jīng)濟(jì)比較，選擇鋼筋混凝土澆灌。但由于礦巖破碎、穩(wěn)固性差、涌水量大和地壓大，在掘進(jìn)過(guò)程中，若不及時(shí)支護(hù)，工程將面臨著跨方甚至坍塌，若采用鋼筋混凝土一次澆灌，由于施工復(fù)雜和工序多，導(dǎo)致工程施工進(jìn)度過(guò)慢，最終造成2號(hào)礦體不能順利接替，因此必然需要臨時(shí)支護(hù)?；诓蓽?zhǔn)時(shí)間較長(zhǎng)和木支護(hù)服務(wù)年限短的特點(diǎn)，臨時(shí)支護(hù)采用鋼支護(hù)，在鋼筋混凝土澆灌前期，可根據(jù)地壓情況給予鋼支架回收，經(jīng)整形后復(fù)用，以降低支護(hù)成本。

綜上所述，最終采取的支護(hù)方式為鋼支護(hù)＋鋼筋混凝土澆灌。

3 支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

3.1 鋼支護(hù)

采用12＃礦用工字鋼制成梯形支架，梁腿連接牢固可靠，安裝、拆卸方便。為了防止棚腿受壓陷入底板，在其下端焊一墊板或加墊木。在鋼筋混凝土澆灌過(guò)程中，在地壓不太大的情況下回收，經(jīng)整形后復(fù)用，從而降低支護(hù)成本；在壓力大的地段，鋼支護(hù)明顯變形變彎的地方，不拆卸而用于提高鋼筋混凝土支護(hù)的質(zhì)量。

3.2 鋼筋混凝土支護(hù)

澆灌厚度300mm，主、副筋均選用20＃螺紋鋼，混凝土保護(hù)層50mm，基座厚度和寬度分別為300 mm和500mm，主筋端部彎鉤長(zhǎng)度320mm，混凝土采用32.5MP a水泥、中砂（永郎河沙）、＜16mm石子和水，嚴(yán)格按照0.53∶0.348∶0.845∶0.22的比例制成C 30的混凝土強(qiáng)度。在不影響運(yùn)輸條件下，澆灌斷面可根據(jù)工程地質(zhì)情況適當(dāng)調(diào)整，鋼筋混凝土澆灌如圖1所示。

3.3 施工注意事項(xiàng)

一般情況下，采用短鉆進(jìn)行鑿巖，在非常破碎的地方采用人工挖掘的施工方式。在進(jìn)行鋼支護(hù)過(guò)程中，值班隊(duì)長(zhǎng)須現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)；遇到巖石較破碎且涌水較大地段，至少兩名值班隊(duì)長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)，防止在支護(hù)過(guò)程中事故的發(fā)生，若有大量泥石流出現(xiàn)，停止全部作業(yè)，待涌水變小或消失后再商定下一步施工方案；在鋼筋混凝土支護(hù)過(guò)程中，臨時(shí)支護(hù)是否拆卸將由監(jiān)質(zhì)隊(duì)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況定奪，能拆卸的地方由值班隊(duì)長(zhǎng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督工人進(jìn)行拆卸。

圖1 鋼筋混凝土澆灌示意

4 結(jié) 論

結(jié)合2號(hào)礦體地質(zhì)特征，在對(duì)支護(hù)方法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較后，選取鋼支護(hù)＋鋼筋混凝土澆灌的方式支護(hù)2號(hào)礦體開(kāi)拓巷道。并對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并提出了施工中的注意事項(xiàng)。

淌塘銅礦六中段2號(hào)礦體底部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土澆灌，最大限度降低了礦石的損失率和貧化率，為2014年底礦山順利接替提供了有利的資源保障。

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