松動(dòng)圈（噴錨網(wǎng)）支護(hù)理論在鉀鹽礦工程中的應(yīng)用

【摘要】中竂老撾萬(wàn)象年產(chǎn)65萬(wàn)噸鉀鹽礦工程，屬云天化在國(guó)外投資的第一個(gè)地下開(kāi)采礦山項(xiàng)目，該礦為光鹵石礦，由于沒(méi)有這類礦山的地下開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)借鑒，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)支護(hù)形式上采用了常規(guī)保守的鋼筋砼支護(hù)形式，因此，加大了工程造價(jià)和增加了工程建設(shè)工期。為節(jié)約工程投資成本和加快工程建設(shè)速度，工程施工建設(shè)中，建設(shè)單位和施工單位共同研究探索巷道支護(hù)新方法，通過(guò)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，對(duì)工程支護(hù)方式進(jìn)行了優(yōu)化，因地制宜采用“松動(dòng)圈理論支護(hù)巷道”（錨、網(wǎng)、噴）方法，優(yōu)化后的支護(hù)方法不但在技術(shù)上安全可靠，加快了工程進(jìn)度，并且還在經(jīng)濟(jì)效益上也取得了明顯的經(jīng)濟(jì)成果，同時(shí)也提高了中國(guó)企業(yè)在老撾政府心目中的國(guó)際形象和地位。

【關(guān)鍵詞】鉀鹽礦；錨網(wǎng)噴；松協(xié)圈理論

1、前言

中竂老撾鉀鹽礦工程采用豎井、平硐開(kāi)拓，井下三個(gè)中段的巷道工程全長(zhǎng)累計(jì)達(dá)到5800多米。由于鉀鹽礦屬緩傾斜厚大礦體，大多數(shù)巷道工程均布置在光鹵石礦體中或含光鹵石礦的泥質(zhì)頁(yè)巖中，礦體和圍巖的f系數(shù)值為3-4，屬軟巖類礦巖，巷道開(kāi)挖后易產(chǎn)生跨塌和冒頂現(xiàn)象，由于工程地處老撾萬(wàn)象平原，且圍巖和礦體有蠕變現(xiàn)象，巷道圍巖的水平和豎向壓應(yīng)力較大，采用鋼筋砼支護(hù)成型后的巷道會(huì)被擠壓破壞產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象，按照“以柔克剛”的“松動(dòng)圈”支護(hù)思想理念，采用錨網(wǎng)噴“柔”的支護(hù)形式克服了鉀鹽礦和圍巖“剛”的強(qiáng)大地應(yīng)力，從而順利圓滿完成了工程建設(shè)任務(wù)。

2、施工方法特點(diǎn)

鉀鹽礦和其含鹽的圍巖有較強(qiáng)的吸水性，有“遇水軟化”特點(diǎn)和對(duì)金屬較強(qiáng)的腐蝕性的特點(diǎn)，金屬礦山和非金屬礦山常規(guī)采用的錨、網(wǎng)、噴支護(hù)方法在鉀鹽礦不能全套照搬，本工程采用飽和鹽液打錨桿眼、玻璃鋼錨桿加樹(shù)脂藥卷和一噴一掛再次射砼的支護(hù)方法施工，從而克服了錨桿孔被水溶大降低錨固力、金屬錨桿和金屬網(wǎng)被鹽腐蝕的難題，從而確保了工程支護(hù)安全性和工程建設(shè)工期。

3、工藝原理

巷道圍巖松動(dòng)圈是指在巷道或隧道開(kāi)掘后，巷道周邊圍巖應(yīng)力平衡被打破后要重新分布，巷道周邊應(yīng)力由三向應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)變成二向應(yīng)力狀態(tài)，徑向力為0，由巷道周邊向巷道圍巖深部逐漸過(guò)渡到原巖狀態(tài)（見(jiàn)圖1），在圍巖應(yīng)力重新分布過(guò)程中，當(dāng)圍巖應(yīng)力超過(guò)圍巖強(qiáng)度后將在圍巖中產(chǎn)生一組新的裂縫，其分布形狀類似圓形或橢圓形，當(dāng)圍巖為不均質(zhì)時(shí)將呈異形，將這一范圍內(nèi)的巖石定義為圍巖松動(dòng)圈，圍巖松動(dòng)圈的力學(xué)特性表現(xiàn)為應(yīng)力降低，大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，巷道圍巖中普遍存在松動(dòng)圈，圍巖真正處于彈性狀態(tài)的巷道很少，巷道圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論認(rèn)為，巖石破碎形成松動(dòng)圈過(guò)程中產(chǎn)生的碎脹變形的碎脹力是產(chǎn)生支護(hù)荷載的最主要因素，是支護(hù)主要對(duì)象較早的支護(hù)理論（普氏、泰沙基等）認(rèn)為支護(hù)的對(duì)象是塌落拱內(nèi)的巖石質(zhì)量，現(xiàn)代巖石力學(xué)中的彈塑性理論則認(rèn)為，圍巖的彈塑性變形是支護(hù)的松動(dòng)圈以外是塑性極限平衡區(qū)及彈性區(qū)。

噴錨網(wǎng)支護(hù)理論根據(jù)破碎巖層厚度而選用不同的方法，一般為懸吊支護(hù)、組合拱支護(hù)。破碎巖層（松動(dòng)圈）的厚度測(cè)量為支護(hù)參數(shù)選擇主要依據(jù)，破碎帶遇到應(yīng)力集中或是遇到有水時(shí)均需要對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行一定放大。

松動(dòng)圈一般采用鉆孔窺視儀、地質(zhì)雷達(dá)等設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。松動(dòng)圈大小以及支護(hù)參數(shù)的選擇。見(jiàn)表1

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔情況觀察后得出圍巖中松動(dòng)圈為第Ⅲ類圍巖，支護(hù)形式采用1.8m長(zhǎng)×φ16mm玻璃鋼錨桿、2335樹(shù)脂藥卷、局部巷道掛φ4mm金屬網(wǎng)片即可，噴射砼厚度100mm-120mm，巷道遇有水地段可以采用局部注漿或工作面預(yù)注漿后再進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)。

4、施工工藝及施工流程圖

在進(jìn)行噴錨支護(hù)時(shí)根據(jù)圍巖的情況支護(hù)順序可分為先噴后錨、先錨后噴。

先錨后噴：在巷道施工中見(jiàn)局部破碎且沒(méi)有出現(xiàn)掉落石塊現(xiàn)象可采用。

先噴后錨：在巷道施工中見(jiàn)頂板出現(xiàn)連續(xù)掉落或間斷掉落渣子時(shí)采用（大石塊連續(xù)掉落不能使用該方法）。

錨桿孔施工完畢將網(wǎng)片鋪設(shè)在巖面并及時(shí)將錨桿打入巖層中，達(dá)到主動(dòng)支護(hù)的效果。

施工流程圖見(jiàn)圖2。

5、勞動(dòng)組織及機(jī)械材料配置

①采用“三、八”制工作方式，即：每天三個(gè)班、每個(gè)班工作8小時(shí)

②支護(hù)設(shè)備及材料計(jì)劃

6、質(zhì)量控制

6.1錨桿安裝質(zhì)量控制

（1）錨桿使用的原材料進(jìn)場(chǎng)要有質(zhì)量合格證，檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)指標(biāo)必須符合驗(yàn)標(biāo)要求。

（2）錨桿孔徑、孔深、孔距和錨桿插入長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)和規(guī)定要求。

（3）錨桿類型、布置形式及安裝數(shù)量，符合設(shè)計(jì)要求。錨桿鉆孔保持直線，并與其所在部位的巖層主要結(jié)構(gòu)面垂直。

（4）錨桿制作安裝作業(yè)時(shí)要按如下步驟進(jìn)行檢查：

1）錨桿的長(zhǎng)度、規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

2）錨桿孔在鉆孔前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的環(huán)向、縱向間距，按梅花型布置定出孔位，孔距允許誤差為±150mm。錨桿孔深允許偏差為±50mm。

3）鉆孔方向應(yīng)與巷道輪廓面垂直；孔徑、孔深應(yīng)與錨桿的直徑、長(zhǎng)度相匹配。

4）錨桿的安裝作業(yè)應(yīng)在巷道開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行，錨桿的插入長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，并必須加墊板，墊板應(yīng)與巖面緊貼。

6.2噴射混凝土質(zhì)量控制

（1）主要支護(hù)采用符合設(shè)計(jì)要求。

（2）混凝土配合比符合設(shè)計(jì)要求。

（3）噴射過(guò)程中注意事項(xiàng)

a、噴前應(yīng)用高壓風(fēng)或高壓水清洗巖面，將附著在巖面上的粉塵、砼屑沖洗干凈，以保證砼與巖面粘結(jié)牢固。若用高壓水清洗會(huì)引起巖面軟化時(shí)，只能用高壓風(fēng)清掃巖面雜物（視地質(zhì)情況而定）。

b、嚴(yán)格掌握規(guī)定的速凝劑摻量，并添加均勻；

c、噴射機(jī)工作風(fēng)壓一般控制在0.2-0.4MPa；

d、噴射手嚴(yán)格控制水灰比，使噴層表面平整光滑，無(wú)干斑或滑移流淌現(xiàn)象；

e、噴嘴的方向應(yīng)與受噴巖面垂直，噴嘴與受噴巖面距離保持在0.6=1.0米范圍；

f、噴嘴移動(dòng)軌跡應(yīng)因地制宜，橫條、豎條、圓圈等應(yīng)交替使用，移動(dòng)速度要慢，讓砼“堆”起來(lái)，有了一定厚度再移開(kāi)，然后逐塊擴(kuò)大其噴射范圍；

g、噴射順序一般采用先下后上，先墻后拱；

h、一次噴射厚度一般拱部為2～3cm，邊墻為3～4cm，也可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整；

i、凹凸不平時(shí)應(yīng)先將凹處噴平，按正常順序噴射，以減少回彈；

j、有鋼筋網(wǎng)時(shí)，宜使噴嘴靠近鋼筋，噴射角度也可適當(dāng)偏一些，噴射砼應(yīng)覆蓋鋼筋；

k、有鋼架時(shí)，鋼架與圍巖間隙必須以噴射砼充填密實(shí)，噴射砼應(yīng)將鋼架覆蓋，并應(yīng)由兩側(cè)拱腳向上噴射；

l、噴完或間歇時(shí)，噴嘴應(yīng)向低處放置，一工班結(jié)束，要拆開(kāi)噴頭，取出水環(huán)，用水清洗干凈，疏通水眼，以備下一班使用。噴完后，噴射機(jī)具均應(yīng)清洗、保養(yǎng)，以保證機(jī)具處于完好狀態(tài)。

7、施工中出現(xiàn)問(wèn)題及處理

①噴射機(jī)的合理使用

啟動(dòng)噴射機(jī)時(shí)，應(yīng)先送風(fēng)再開(kāi)機(jī)，并應(yīng)在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)正常后送料，供料均勻連續(xù)。作業(yè)結(jié)束時(shí)，先停止送料，待罐內(nèi)余料噴完，再停機(jī)，然后關(guān)風(fēng)。停止噴射作業(yè)后，噴射機(jī)和輸料管內(nèi)的積料應(yīng)及時(shí)清除干凈，以避免混合料結(jié)塊堵管。

②輸料管堵塞問(wèn)題

堵管的一般原因不外乎以下幾種：

a、混合料中混入超規(guī)定粒徑的石子、水泥硬塊或其它雜物。

b、操作程序有誤，如先開(kāi)馬達(dá)后送風(fēng)，或砂子含水率過(guò)高，操作閥錯(cuò)開(kāi)，致使高壓風(fēng)大量泄出，使工作室內(nèi)風(fēng)壓急劇下降，也會(huì)引韋輸料管堵塞。

c、如遇堵客，應(yīng)立即關(guān)閉馬達(dá)，隨后關(guān)閉風(fēng)源，并將軟管拉直，然后 以手錘敲擊找到堵塞位置，可將風(fēng)壓開(kāi)到0.3～0.4MPa，同時(shí)繼續(xù)敲擊堵塞部位，使其排除堵塞物而暢通。排除堵管現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)注意噴嘴前方嚴(yán)禁站人，以免發(fā)生傷人事故。

③回彈問(wèn)題

影響回彈率的各種因素有：混合料配合比、水灰比、砂子含水率、工作風(fēng)壓、水壓、噴射距離、噴射角度、操作方法及熟練程度等。針對(duì)各種因素，采取相應(yīng)的措施降低回彈率。《規(guī)則》規(guī)定正常情況下的回彈率，一般拱部為20～30%，邊墻為10～20%。

④粉塵問(wèn)題

a、控制砂石料含水率：當(dāng)含水率控制在5～7%時(shí)，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度可控制在15mg/m3以下；

b、加強(qiáng)通風(fēng)；

c、加長(zhǎng)攏料管：即在噴嘴水環(huán)到出口之間接一段0.5～1m長(zhǎng)的管子，使干料與水混合后有一個(gè)充分濕潤(rùn)和混合的過(guò)程，這對(duì)降塵和提高砼質(zhì)量都較為有利。

d、嚴(yán)格控制工作風(fēng)壓：風(fēng)壓過(guò)高，進(jìn)料速度過(guò)快，在噴頭處加水不容易均勻，風(fēng)壓過(guò)高不僅增加回彈量，而且也會(huì)提高粉塵濃度。

⑤安全及勞動(dòng)保護(hù)：

施工中注意噴嘴不準(zhǔn)對(duì)人，以免噴射傷人，噴射前先進(jìn)行清理浮石、危石等必要的排險(xiǎn)作業(yè)；噴射機(jī)一定要安放在圍巖穩(wěn)定或已襯砌地段。

噴射砼施工人員必須佩戴防塵口罩等，操作噴頭和注漿管的工人應(yīng)佩戴防護(hù)眼罩，夾膠工作服、長(zhǎng)筒乳膠手套等。

8、安全技術(shù)措施

錨噴施工中，全員參與安全文明施工。

8.1錨桿施工安全措施

1、錨桿作業(yè)中，要密切注意觀察圍巖或噴射砼的剝落、坍塌。清理浮石要徹底，施工中，要及早發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)征兆，及時(shí)處理。

2、桿種類、錨固方式、角度要選擇得當(dāng)，嚴(yán)禁改變管縫錨桿直徑以達(dá)到快速施工，管縫錨桿錨固力不足，導(dǎo)致錨桿脫落而造成事故，因此要指定專人負(fù)責(zé)，定期檢查錨桿抗拔力。

8.2噴射混凝土安全措施

1、噴射前要檢查作業(yè)地段的圍巖穩(wěn)固情況，并進(jìn)行清理浮石、危石等必要的排險(xiǎn)作業(yè)。

2、噴射機(jī)要安放在圍巖穩(wěn)定或已襯砌地段內(nèi)，同時(shí)噴射作業(yè)地段應(yīng)加強(qiáng)照明和通風(fēng)。

3、噴射時(shí)嚴(yán)格掌握好風(fēng)量、水壓，加強(qiáng)綜合防塵措施。

4、注意噴頭嘴不準(zhǔn)對(duì)人，以免射傷人。

9、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

鉀鹽礦工程采用松動(dòng)圈理論（錨網(wǎng)噴）支護(hù)方法，確決了鉀鹽礦軟礦體和軟圍巖無(wú)法用鋼性砼支護(hù)的難題，加快了工程施工建設(shè)速度，降低了工程造價(jià)（降低幅度在20%-30%）。技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較情況如下：

9.1工程技術(shù)參數(shù)

9.2經(jīng)濟(jì)、耗時(shí)比較

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)錨噴和鋼筋砼支護(hù)每米單價(jià)和耗時(shí)的比較可以看出采用噴錨支護(hù)的優(yōu)勢(shì)。

通過(guò)噴錨網(wǎng)支護(hù)與鋼筋砼整體澆灌支護(hù)相比較可以顯示，松動(dòng)圈理論（錨網(wǎng)噴支護(hù)）不僅在經(jīng)濟(jì)上有明顯的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)效益提高30%，而且在工程支護(hù)進(jìn)度上也有明顯的優(yōu)勢(shì)，支護(hù)速度加快50%。