鳳山銅礦粉礦回收道支護與加固技術(shù)

唐 權(quán) 李汝裕

(玉溪礦業(yè)有限公司)

鳳山銅礦粉礦回收道支護與加固技術(shù)

唐 權(quán) 李汝裕

(玉溪礦業(yè)有限公司)

在礦山工程建設(shè)中，永久工程的施工質(zhì)量與支護和加固方法關(guān)系密切，在對鳳山銅礦十七中段粉礦回收道施工方案分析研究的基礎(chǔ)上，簡述了在松散破碎地質(zhì)巖體條件下，采用圍巖和支護相互作用的原理，并提出了針對粉礦回收道合理的支護與加固措施，并以此開展工程施工，效果理想。為同類地質(zhì)條件井巷工程掘進、支護及加固施工，提供了成功的經(jīng)驗和有效的技術(shù)參考。

松散巖體 混凝土素噴 超前錨桿 金屬箱

礦山井下永久工程的穩(wěn)定性關(guān)系到其服務(wù)年限和服務(wù)質(zhì)量，因此，在破碎巖體中施工永久采礦工程與系統(tǒng)，其支護措施的選擇和加固方案的確定對工程的施工和正常使用都有十分重要的影響。為了更好地保證永久工程的施工質(zhì)量，十分有必要對建設(shè)過程中特殊永久工程的支護和加固工藝進行研究，選擇最佳施工工藝。

1 工程概況

鳳山銅礦位于云南省易門縣綠汁鎮(zhèn)，由原易門礦務(wù)局三家廠礦和鳳山礦合并而成，各期勘探和生產(chǎn)探礦累計提交銅金屬資源量643 664 t。礦山于1958年3月基建，1960年5月建成投產(chǎn)。鳳山銅礦十七中段粉礦回收道進車端雙道段40 m長的一段巷道開挖揭露后，該段處在炭化蝕變的薄層灰?guī)r及風(fēng)化千枚巖板巖中，且?guī)r層節(jié)理裂隙發(fā)育，極易片幫、垮塌。巖層傾向東西，傾角為55°～75°。巖體整體強度極低，幾乎沒有自穩(wěn)支撐能力。而巷道布置恰好沿巖層走向穿過，巷道掘進斷面為三心拱斷面，規(guī)格為4.4 m×2.9 m。

2 支護及加固方案的選擇

巖層支護與加固是維護采掘空間穩(wěn)定的重要手段，是巷道開掘過程中的重要工藝過程，與挖掘工藝過程、開挖空間形態(tài)及大小、地質(zhì)條件緊密相關(guān)。經(jīng)濟合理的巷道支護不僅要考慮支架的被動支承能力，而且要充分發(fā)揮圍巖本身的自支承能力[1]。

該段巷道開挖后，出現(xiàn)了片幫、垮落等嚴(yán)重的問題?？逅鷷r，金屬支架被壓垮，加之整段巖層含水，穩(wěn)固性更差。在副井井筒、馬頭門前段3 m開挖時，其附近圍巖應(yīng)力已重新分布和平衡[2-3]，此次開挖又使圍巖應(yīng)力再次重新分布。如何針對此松散巖體的工程地質(zhì)條件，選取技術(shù)可行和經(jīng)濟合理的方式向圍巖提供其自穩(wěn)所不足的支撐力，采取何種支護形式，多大的支撐力，何時支護等,都是十七中段粉礦回收道施工必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題，根據(jù)短掘短砌施工工藝，提出多種巷道支護與加固方案。

2.1 混凝土素噴護頂支護

對開挖的巷道先進行混凝土素噴支護，使張開的節(jié)理裂隙得到及時充填,巷壁表面低凹處全部填平,以阻止節(jié)理之間充填物的流失，防止水和空氣對圍巖的侵害，達(dá)到護頂?shù)淖饔谩；炷了貒娭ёo雖進一步增強了開挖巷道圍巖的粘結(jié)和摩擦，提高了圍巖的剪切強度，但最終沒有達(dá)到控制圍巖發(fā)生松動破壞及應(yīng)力集中的目的，仍然發(fā)生片幫、冒落。其主要原因是開挖斷面較大，使得頂板局部冒落，形成2 m寬、1 m多高的拱形，出碴人員的安全無法確保，因而不能正常施工。

2.2 混凝土素噴穿梁護頂支護

對開挖的巷道頂板先進行混凝土素噴支護，然后采用5～6根3 m長的12#槽鋼作挑檐，端頭架設(shè)金屬箱，其出碴循環(huán)控制在1.5 m范圍內(nèi)，雖然頂板得到控制，但兩側(cè)幫局部片幫仍然發(fā)生，因此，出碴人員也不能正常完成出碴作業(yè)。

2.3 小導(dǎo)坑施工的支護與加固

先采用小導(dǎo)坑施工下部一側(cè)幫，并及時襯砌側(cè)墻[4]。在巷道一側(cè)幫，采用放小炮或風(fēng)鎬破巖，按寬2 m、高3.2 m施工導(dǎo)坑，導(dǎo)坑長度控制在1.5 m內(nèi)，再進行頂板及上側(cè)幫的混凝土素噴護頂及護幫支護。素噴結(jié)束后進行出碴，出碴進1～1.5 m時，架設(shè)支架，以調(diào)解和控制圍巖變形破壞，然后在臨時支架下對側(cè)幫進行30 cm厚鋼筋混凝土澆灌，支架立柱一起澆入墻體內(nèi)。

掘進拱部導(dǎo)硐，并將刷下的碴子填入已掘支完的墻部導(dǎo)坑內(nèi)，邊刷邊用4寸管加楔子支撐拱，并架設(shè)成縱梁箱，在金屬箱的支護下，進行立模、扎筋及拱頂部分的永久支護，其縱梁也一次澆入拱內(nèi)。

施工下部另一側(cè)幫導(dǎo)坑，襯砌側(cè)墻，其方法與第一步的側(cè)墻施工方法相同。

此方案雖然確保了巷道順利施工，但出碴、混凝土素噴、臨時支護較為頻繁，且支架支護量大，在復(fù)雜的地質(zhì)條件下，這種支護和加固是發(fā)生在圍巖松動破壞之后進行的，不夠經(jīng)濟和合理。

2.4 超前錨桿支護配金屬箱加固

先施工超前錨桿用于護頂，便于掘進工作的開展，超前錨桿施工完成后，采用小爆破或風(fēng)鎬破巖掘進施工，最后施工金屬箱支護，并進行立模、扎筋及全斷面的鋼筋混凝土永久支護。

結(jié)合施工地段的工程地質(zhì)條件，本次選擇超前錨桿支護配金屬箱加固工藝。采用超前支護，保障了開挖安全順利進行，同時配以金屬箱加固，保障了支護及加固效果，具有較強的針對性。

3 支護及加固施工及效果

松散巖體受力后，變形方式主要表現(xiàn)為塑性和流變性，這類巖體整體強度極低，幾乎沒有自撐能力，懸露時極不穩(wěn)定，開挖后片幫、垮塌既快又大，往往產(chǎn)生連續(xù)的變形及破壞。

在頂部向上打30°～40°角，間距為0.3～0.4 m，φ32 mm×3 200 mm圓鋼作為超前錨桿護頂；兩側(cè)幫各打5～7根傾角為25°～30°的φ32 mm×3 200 mm 圓鋼護幫。

采用放小炮或風(fēng)鎬破巖進行施工[5]。當(dāng)迎頭掘進到0.5～1 m時，及時架設(shè)金屬箱，金屬箱間距為0.5～1 m，用φ16 mm螺紋鋼焊接,立柱和橫梁均采用16#工字鋼，形成整體式支架。

在金屬箱支護下，開展立模、扎筋，并進行全斷面的鋼筋混凝土永久支護。

開挖斷面在7～20 m2時，采用超前錨桿配金屬箱支架進行支護及加固，有限度地阻止了圍巖向巷道空間內(nèi)的變形，與此同時支架也受力而產(chǎn)生一定的變形，剛支架與柔支架互相制約、互相匹配，達(dá)到了較好的支護效果。需要注意的是在使用超前錨桿時，必須要根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)選取間排距，若結(jié)構(gòu)體由斷層泥、巖粉、砂、礫、卵石組成時，其頂板錨桿間距要控制在25 cm內(nèi)，幫錨桿間距控制在35 cm內(nèi)。若結(jié)構(gòu)體由巖石碎屑、碎塊組成時，間距可在40 cm左右，其錨桿排距控制在循環(huán)進尺的一倍左右。

開挖斷面在4～7 m2時，先采用混凝土素噴，再進行頂幫支護與加固，其效果也是比較明顯的。

4 施工效果分析評價

超前錨桿支護配金屬箱加固方案將錨桿按一定間距提前錨固在巖體內(nèi)，將數(shù)個薄巖層及弱面進行加固，組成巖體，增加了圍巖的承載能力；而相鄰錨桿的作用在圍巖范圍內(nèi)相互重疊，筑起一個擠壓加固圈，承受重新分布的圍巖應(yīng)力，構(gòu)成新的平衡，有效地控制了巷道的片幫和冒頂垮落。

采用該支護與加固工藝后，十七中段粉礦回收道破碎巖體段40 m的大規(guī)格巷道順利完成施工，并取得了良好的施工質(zhì)量，保證了這一永久工程的自身穩(wěn)定性。

從技術(shù)上講，不同時間安裝錨桿、噴射混凝土，與剛性支架相配合等，其支護與加固的效果是有很大區(qū)別的；從安全上講，巖體圍巖進行加固支護后，松脫巖體受到制約，使冒落過程受到極大延緩，從而大大提高了圍巖穩(wěn)定性；從經(jīng)濟上看，同地質(zhì)條件、不同規(guī)格的巷道開挖，其支護和加固措施是不同的，合理的維護可防止垮塌破壞的發(fā)生，如果等到破壞以后再支護，將支護看成一種抵擋垮塌和阻止巖體變形的系統(tǒng)，則支護費用會成倍增加，而可靠性也會大大降低，極不經(jīng)濟。在生產(chǎn)實際中，必須因地制宜地進行支護與加固措施的選擇，提高支護工藝的經(jīng)濟性，并達(dá)到安全、快速、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的施工目的，滿足井下生產(chǎn)和建設(shè)的需要。

5 需要進一步研究的工作

(1)深入開展工程地質(zhì)的調(diào)查和研究工作，包括井巷工程開掘造成巖體應(yīng)力重新分布而誘發(fā)的地壓活動的規(guī)模、特點、大小和規(guī)律。查明工程所穿過巖體的性質(zhì)、風(fēng)化程度，各類巖石的抗壓強度、濕度、容重及節(jié)理裂隙發(fā)育程度等物理力學(xué)參數(shù)。工程所在位置的地下水位及水的物理化學(xué)性質(zhì)，有必要的情況下，需要開展侵蝕性的測定。

(2)開展好對錨固質(zhì)量及噴射混凝土強度的檢測工作。

(3)對巷道形態(tài)、巖層支護構(gòu)件等參數(shù)進行必要的動態(tài)監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上選取合理的掘進、支護工藝，以充分發(fā)揮支護構(gòu)件與圍巖支撐的效能。

(4)采取不同方式監(jiān)控量測，對不同地質(zhì)條件下的巷道合理選取支護時間和支護方案。

6 結(jié) 語

影響巖體特性的因素很多，經(jīng)多年的生產(chǎn)實踐來看，只要及時對開挖巷道進行監(jiān)控量測，對巖體結(jié)構(gòu)特征進行調(diào)查研究，掌握結(jié)構(gòu)面的特性、結(jié)構(gòu)體(巖塊)的堅固性、巖體的完整性和巖體質(zhì)量等因素，并積極采用新材料、新工藝、新設(shè)備，一定能找到安全、經(jīng)濟、合理的巷道支護和加固工藝。

[1] 孫昭錚.井巷工程[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1991.

[2] 蔡美峰.巖石力學(xué)與工程[M] .北京:科學(xué)出版社,2006.

[3] 季衛(wèi)東.礦山巖石力學(xué)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1991.

[4] 西北冶金設(shè)計院.硐室工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1974.

[5] 陶頌霖.鑿巖爆破[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1989.

2014-12-08)

唐 權(quán)(1975—)，男，副主任，注冊安全工程師，工程師， 653100 云南省玉溪市紅塔區(qū)珊瑚路84號。