三山島金礦深井聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

張恒超

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦，山東 萊州 261441）

三山島金礦隨著回采重心不斷下移，地壓逐漸顯現(xiàn)，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石整體性差，同時(shí)深井高溫、高濕、高地壓?jiǎn)栴}愈來(lái)愈烈。深部開(kāi)采地應(yīng)力和溶水壓力大，片幫、冒落、塌方、巖爆等工程地質(zhì)災(zāi)害增多，安全生產(chǎn)條件變差；開(kāi)采深度大、地應(yīng)力高，開(kāi)采后空區(qū)處理時(shí)限縮短，支護(hù)與充填費(fèi)用增大，生產(chǎn)成本變高；埋深大、地溫高，設(shè)備磨損腐蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降和生產(chǎn)能力降低[1]。隨著原巖應(yīng)力急劇增加以及圍巖自身質(zhì)量等級(jí)的不同，傳統(tǒng)的單獨(dú)的錨桿或者錨索很難達(dá)到支護(hù)效果，必須對(duì)不同質(zhì)量分級(jí)的巖體進(jìn)行有針對(duì)性的 。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

三山島金礦礦體屬于破碎帶蝕變花崗巖型大型金礦床。礦體內(nèi)存在主裂面。其下盤(pán)礦體的蝕變礦化隨著距離的拉大而逐漸減弱，主礦體走向?yàn)镹E38°，礦體沿走向長(zhǎng)度約為1000m，傾向SEE，傾角約為40°，礦體中間較為厚大，兩翼逐漸變窄尖滅[2]。目前三山島金礦深部揭露的地點(diǎn)巷道下盤(pán)大多為鉀化花崗巖、絹英巖化花崗巖、絹英巖、局部為黑云母花崗巖。在施工深部中段巷道和分段巷道時(shí)，局部有煌斑巖穿插巷道，煌斑巖較脆。鉀化花崗巖、絹英巖化花崗巖、絹英巖、黑云母花崗巖較硬，巖石硬度系數(shù)在10～12左右。

2 工程地質(zhì)條件調(diào)查

近十年以來(lái)，三山島金礦先后與中科院、中南大學(xué)、東北大學(xué)、北京科技大學(xué)等多家科研院所合作開(kāi)展了礦區(qū)工程地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)查、礦山三維建模、巖石力學(xué)基礎(chǔ)研究、地應(yīng)力測(cè)量、圍巖穩(wěn)定性分析、開(kāi)采優(yōu)化等研究工作，所獲取的礦山基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表明三山島金礦深部以全面進(jìn)入高地應(yīng)力環(huán)境狀態(tài)。通過(guò)對(duì)于三山島金礦深部巖石強(qiáng)度試驗(yàn)及結(jié)構(gòu)面分析，根據(jù)BQ法對(duì)深部中、分段巷道進(jìn)行巖體質(zhì)量分級(jí)：

式中: Rc-巖石飽水抗壓強(qiáng)度；Kv-巖體完整性系數(shù)。

注：上式應(yīng)遵循以下條件：①當(dāng)Rc＞90Kv+30時(shí)，以Rc=90Kv+30和Kv代入計(jì)算；②Kv＞0.04Rc+0.4時(shí)，以Kv＞0.04Rc+0.4和Rc代入計(jì)算；

代入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后得出三山島金礦深部各中、分段普遍為Ⅲ級(jí)巖體，局部為Ⅳ級(jí)巖體。

3 巷道支護(hù)參數(shù)

3.1 錨桿參數(shù)

3.1.1 錨桿長(zhǎng)度

對(duì)于錨桿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，既要保證其有效長(zhǎng)度大于松動(dòng)區(qū)，同時(shí)又要小于塑性區(qū)。尤其是巷道頂板圍巖來(lái)說(shuō)，其具有較大的變形可能性，設(shè)計(jì)方案應(yīng)確保錨桿可以根據(jù)圍巖變形情況而相應(yīng)的移動(dòng)。這樣在圍巖變形過(guò)程中，錨桿支護(hù)會(huì)逐漸增加抗力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的柔韌性?？砂凑占庸坦霸泶_定錨桿參數(shù)；

其中:L -錨桿全長(zhǎng)，m；L1-錨桿外露長(zhǎng)度，一般取0.05-0.2m,包括墊板、螺母;為了進(jìn)行拉拔試驗(yàn)通常取0.2m；L2-錨桿有效長(zhǎng)度，m；L3-錨桿錨固長(zhǎng)度,一般為0.3-0.5m；

其中:L2-錨桿有效長(zhǎng)度,m；B-巷道掘進(jìn)跨度，取4.2m；H-巷道掘進(jìn)高度，取3.4m；W-圍巖內(nèi)摩擦角，取45°；f-巖石普世系數(shù),取2.5；

則L2=[4.2/2+3.3＊tan(45° -45° /2)]/2.5=1.39

所以錨桿長(zhǎng)度L≥L1+L2+L3=0.2+1.39+0.5=2.09m。

3.1.2 錨桿間距

國(guó)內(nèi)礦山使用錨桿間距一般為0.5～2.0m，常用0.7m～1.5m。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：

式中：a-錨桿間距；L-錨桿長(zhǎng)度；

則錨桿間距為（0.5～0.7）L=1.0m～1.4m。

3.1.3 錨桿直徑

國(guó)內(nèi)外礦山使用的錨桿直徑一般為12mm～42mm錨桿直徑與錨桿種類(lèi)有關(guān)：楔縫式錨桿直徑為20mm～30mm，常用24mm～26mm；脹殼式錨桿直徑為12mm～20mm，常用14mm～16mm；管縫式錨桿直徑為32mm～42mm，常用38mm～42mm；鋼筋砂漿錨桿直徑為12mm～20mm，常用14mm～16mm。采用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中d-錨桿直徑；L-錨桿長(zhǎng)度

經(jīng)綜合計(jì)算分析，三山島金礦采用Φ20mm的右旋螺紋鋼錨桿，長(zhǎng)度2.2m；托盤(pán)采用150×150×8mm（長(zhǎng)×寬×厚）鋼板，中部要沖壓成碗狀；鉆孔直徑為Φ32mm，孔深不小于2.15m；錨固劑使用快速、中速兩種樹(shù)脂藥卷（快速凝固時(shí)間約40～60秒，中速凝固時(shí)間約90～120秒），藥卷直徑為28mm，長(zhǎng)度為700mm，每孔裝兩卷、裝藥長(zhǎng)度不小于1400 mm，以保證錨桿安裝后的錨固長(zhǎng)度不小于1500mm。

3.2 鋼帶參數(shù)

鋼帶采用Φ10mm圓鋼加工，凈長(zhǎng)1.5m或2.4m，凈寬5cm,每50cm增加一處連接橫筋，所有焊接須采用雙面焊接。安裝過(guò)程中，鋼帶采用錨桿固定，保證緊貼巖壁，與巖壁距離最大不超過(guò)3cm，相鄰鋼帶必須用錨桿搭接。

3.3 金屬網(wǎng)參數(shù)

金屬網(wǎng)采用Φ5mm金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔100mm×100mm，規(guī)格2.0m×1.0m；或者鍍鋅金屬網(wǎng)，網(wǎng)孔50mm×50mm，規(guī)格3.0m×1.2m或2.0m×1.0m。安裝過(guò)程中，金屬網(wǎng)之間搭接10cm，搭接位置必須由錨桿固定，金屬網(wǎng)要緊貼巖壁，金屬網(wǎng)與巖壁距離最大不超過(guò)3cm。

4 支護(hù)方案

基于三山島金礦深部巷道圍巖普遍為Ⅲ級(jí)巖體、局部為Ⅳ級(jí)巖體的地質(zhì)條件[3]。現(xiàn)對(duì)不同圍巖等級(jí)的圍巖采用針對(duì)性的支護(hù)方案[4]。

4.1 Ⅲ級(jí)巖體支護(hù)方案

巷道成型后，根據(jù)圍巖破碎情況，采取不同的臨時(shí)支護(hù)措施：圍巖較穩(wěn)固區(qū)段采用管縫式錨桿對(duì)頂板及兩幫臨時(shí)支護(hù)，錨桿網(wǎng)度2.0m×2.0m；圍巖較破碎區(qū)段：先對(duì)頂板及兩幫進(jìn)行臨時(shí)噴漿支護(hù)。

臨時(shí)支護(hù)完成后，對(duì)頂板及兩幫進(jìn)行樹(shù)脂錨桿、鋼帶全斷面聯(lián)合支護(hù)。每排施工6根樹(shù)脂錨桿，間距1.2m～1.6m，排距1.2m～1.6m；對(duì)于巷道頂板可采用十字鋼帶交叉支護(hù)，幫壁采用平行鋼帶支護(hù)。頂板及兩幫錨護(hù)后，對(duì)錨護(hù)區(qū)域噴漿支護(hù)，噴漿厚度至少50mm，強(qiáng)度C20，噴漿體必須將鋼帶嚴(yán)密覆蓋。

4.2 Ⅳ級(jí)巖體支護(hù)方案

巷道成型后，根據(jù)圍巖破碎情況，采取不同的臨時(shí)支護(hù)順序：圍巖較穩(wěn)固區(qū)段采用管縫式錨桿對(duì)頂板及兩幫臨時(shí)支護(hù)，錨桿網(wǎng)度2.0m×2.0m；圍巖較破碎區(qū)段先對(duì)頂板及兩幫進(jìn)行臨時(shí)噴漿支護(hù)。

圖1 Ⅲ級(jí)巖體中分段巷支護(hù)斷面圖

圖2 Ⅲ級(jí)巖體中分段巷支護(hù)俯視圖

成巷區(qū)段臨時(shí)支護(hù)完成后，對(duì)頂板及兩幫進(jìn)行樹(shù)脂錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶全斷面聯(lián)合支護(hù)。每排施工9根錨桿，間距0.7m～1.3m，排距0.7m～1.3m；對(duì)于巷道頂板可采用十字鋼帶交叉支護(hù)，幫壁進(jìn)行平行鋼帶支護(hù)；金屬網(wǎng)之間搭接不得低于10cm，金屬網(wǎng)四個(gè)角重疊搭接后必須采用樹(shù)脂錨桿固定，金屬網(wǎng)中間部分可采用管縫式錨桿固定，按照“先凹后凸”的原則進(jìn)行幫壁掛網(wǎng)，保證金屬網(wǎng)緊貼巖壁，確保支護(hù)質(zhì)量。頂板及兩幫錨護(hù)后，對(duì)錨護(hù)區(qū)域噴漿支護(hù)，噴漿厚度5cm～10cm，強(qiáng)度C20，噴漿體必須將鋼帶嚴(yán)密覆蓋。（見(jiàn)圖3、4）。

圖3 Ⅳ級(jí)巖體中分段巷支護(hù)斷面圖

圖4 Ⅳ級(jí)巖體中分段巷支護(hù)俯視圖

5 結(jié)論

對(duì)于三山島金礦深部巷道的支護(hù)，應(yīng)先根據(jù)地質(zhì)條件對(duì)圍巖進(jìn)行質(zhì)量分級(jí)。對(duì)于不同質(zhì)量等級(jí)的巖體進(jìn)行有針對(duì)性的支護(hù)措施。對(duì)Ⅲ級(jí)巖體進(jìn)行“錨桿+鋼帶+噴砼聯(lián)合支護(hù)”；對(duì)Ⅳ巖體進(jìn)行“錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)+噴砼聯(lián)合支護(hù)”。在支護(hù)過(guò)程中應(yīng)保證支護(hù)材料與圍巖緊密咬合，以達(dá)到較好支護(hù)目的。