某金屬地下礦山灰?guī)r破碎巷道支護(hù)方案比選

張明新，陳廣瑞，劉金濤

（河鋼集團(tuán)礦業(yè)公司司家營(yíng)南區(qū)礦山分公司，河北 唐山 063700）

在進(jìn)行地下礦山支護(hù)工作時(shí)需要通過(guò)各種因素的研究來(lái)進(jìn)行方案的確定，例如實(shí)際的礦山地質(zhì)情況等，因此需要以相同地質(zhì)情況為前提來(lái)分析不同支護(hù)方式所帶來(lái)的效果。

1 某金屬地下礦山地質(zhì)狀況

該金屬地下礦山地質(zhì)主體為碳酸鹽巖體工程地質(zhì)巖組，主要由灰?guī)r構(gòu)成，由于礦山地質(zhì)的構(gòu)成原因，其主體巖心的質(zhì)地比較脆而容易破碎。在對(duì)該金屬礦山進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程當(dāng)中，加上實(shí)際變化當(dāng)中由于閃長(zhǎng)巖巖脈出現(xiàn)多次穿插情況的影響礦山中巖體脆弱易碎，而且裂隙與巖溶不斷發(fā)育，使得裂隙之間充滿了包含泥質(zhì)土壤在內(nèi)的填充物，礦山巖體也出現(xiàn)了由青色灰?guī)r、灰白色閃長(zhǎng)巖以及暗紅色泥質(zhì)填充物質(zhì)三種物質(zhì)互相交錯(cuò)穿插的現(xiàn)象，并且在不斷地被侵蝕過(guò)程中加之風(fēng)化的影響巖體在遇到水之后出現(xiàn)了膨脹積壓變形的情況。

2 被動(dòng)支護(hù)與主動(dòng)支護(hù)

被動(dòng)支護(hù)方式中關(guān)鍵環(huán)節(jié)是支護(hù)主體與礦山巖體之間需要存在的一段間隙并且要利用相應(yīng)的材料將其密實(shí)充填，這樣在礦山巖體開(kāi)始變形的初期階段中支護(hù)主體能夠?qū)⒌挚箮r體變形的力達(dá)到最大的限度，但是這只是預(yù)期的目標(biāo)，在真正的方案實(shí)施情況中往往不能夠滿足理想中的要求，達(dá)不到理想中的目標(biāo)，原因是在礦山巖體在出現(xiàn)變形的初級(jí)階段支護(hù)主體在處于初期支護(hù)階段中就開(kāi)始受到一定的破壞，而在后續(xù)礦山巖體變形程度逐漸變大變形力逐漸增大的情況下就會(huì)使支護(hù)主體在巨大的外力作用下被壓裂或壓垮，進(jìn)而使支護(hù)效果大大削弱[1]。

主動(dòng)支護(hù)方案如管縫式錨桿、砂漿錨桿、錨噴網(wǎng)支護(hù)等應(yīng)用于該金屬礦山中時(shí)，與被動(dòng)支護(hù)方案相比最明顯的特點(diǎn)就是在支護(hù)主體在其對(duì)礦山巖體進(jìn)行支護(hù)的初期階段就已經(jīng)與其接觸或者與礦山巖體相結(jié)合組成共同支護(hù)主體，這種方式能夠主動(dòng)與巖體變形力相抵消，進(jìn)而使巖體變形力逐漸削弱或者慢慢釋放，從而減小了由于巨大的變形力而導(dǎo)致的支護(hù)主體被破壞的情況，實(shí)現(xiàn)理想中的支護(hù)目標(biāo)[2]。

3 支護(hù)方案比選

選取金屬礦山中地質(zhì)狀況類似的三段巷道進(jìn)行初步的方案確定：①混凝土支護(hù)方案②錨噴網(wǎng)支護(hù)方案③噴射混凝土與砂漿錨桿相結(jié)合的方案。

（1）混凝土支護(hù)方案。本次金屬礦山混凝土支護(hù)方案中的混凝土強(qiáng)度等級(jí)采用的是C25級(jí)別，并將其澆注成厚度達(dá)250mm，該強(qiáng)度等級(jí)的混凝土主要原材料的配比為水泥：水：砂：石子=1：0.48：1.52：3.23，其中的砂應(yīng)該使用中砂，并且細(xì)度模數(shù)在2.3～3.0之間，含泥量不大于3%；采用的石為碎石，直徑控制在5mm～40mm之間，含泥量不大于1%，吸水率不大于1.5%；水泥采用復(fù)合硅酸鹽水泥；水需要采用井下天然潔凈水。為了能夠在實(shí)際的支護(hù)過(guò)程中以連續(xù)的方式進(jìn)行澆注工作，需要在支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)配置一定數(shù)量的攪拌機(jī)、振動(dòng)棒、移動(dòng)配電箱、混凝土試塊模等關(guān)鍵設(shè)施設(shè)備以備不時(shí)之需，此外也許另外配備相關(guān)的水泥、砂、石、灰槽、鋼模板等施工材料和工具。在振搗混凝土的過(guò)程中需要對(duì)其進(jìn)行分層處理來(lái)進(jìn)行振搗，并采取快速插入、緩慢拔出的方式直至混凝土不再沉落以及不再冒氣泡；進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)時(shí)，時(shí)間必須大于或者等于7天。

（2）錨噴網(wǎng)支護(hù)方案。在錨噴網(wǎng)支護(hù)方案中，所用的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C20級(jí)別，厚度為152mm，砂漿錨桿的長(zhǎng)度控制在1.5m左右，砂漿等級(jí)為M20級(jí)別，砂漿錨桿之間的排距為0.9m×0.9m，采取菱形鋪設(shè)的形式進(jìn)行布局，鋼筋網(wǎng)之間的距離保持在150mm。在配置C20強(qiáng)度級(jí)別的混凝土?xí)r相應(yīng)的原材料比例為水泥：砂：石=1：2：2，水灰比為0.4～0.5之間，其中的水泥和采用復(fù)合型硅酸鹽水泥，砂可采用干凈的中砂并且直徑需要小于2.5mm，砂的含泥量應(yīng)當(dāng)不大于3%。在制作砂漿錨桿時(shí)，主要的錨桿主體可以采用HRB400型號(hào)的鋼筋作為桿體，直徑需要滿足32mm的要求，在鋼筋用于制作錨桿桿體之前需要對(duì)其進(jìn)行平直、除銹、除油等操作以保證在使用鋼筋時(shí)能夠達(dá)到更加良好的效果，制作出的砂漿錨桿的抗拔強(qiáng)度需要滿足不低于5t/根的要求，在砂漿錨桿應(yīng)用于實(shí)際支護(hù)主體當(dāng)中時(shí)需要垂直于礦山巖體表面，其錨固深度以及各砂漿錨桿之間的距離需要根據(jù)具體的礦山巖體結(jié)構(gòu)以及支護(hù)工程總體的跨度來(lái)確定。在實(shí)際的水泥砂漿攪拌的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)保證砂漿經(jīng)過(guò)充分的攪拌以使其達(dá)到均勻的效果，并且要隨用隨拌，隨拌隨用，保證攪拌均勻后的水泥砂井能夠在其開(kāi)始凝固之前就將其用完，以避免因砂漿凝固而帶來(lái)的資源浪費(fèi)，并且在攪拌過(guò)程中應(yīng)當(dāng)盡量避免有雜物或者石塊混入水泥砂漿當(dāng)中。在水泥砂漿緩慢注入的過(guò)程當(dāng)中將注漿管到慢慢勻速的抽出，砂漿錨桿的桿體需要有效的插入錨桿孔中心部位，如果在注入砂漿的過(guò)程中錨桿孔不再有水泥砂漿溢出應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)注。

鋼筋網(wǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)選用HPB300型號(hào)的鋼筋，主筋圓鋼的直徑需要滿足10mm的要求，副筋圓鋼需要滿足直徑為8mm的要求，主筋在布局時(shí)需要沿巷道橫截面方面進(jìn)行布置，副筋則需要沿巷道走向進(jìn)行布置，鋼筋之間的距離應(yīng)當(dāng)保持在150mm左右，鋼筋網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度需要滿足鋼筋直徑的20倍的要求，此外支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)所需要的設(shè)施設(shè)備以及施工工具同樣需要準(zhǔn)備成分，防止出現(xiàn)意外情況而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)無(wú)后備設(shè)施供支護(hù)使用。

（3）噴射混凝土與砂漿錨桿相結(jié)合的方案。這個(gè)方案的確定是在前兩個(gè)方案的基礎(chǔ)上的結(jié)合，實(shí)際支護(hù)中所用到的混凝土與砂漿錨桿的制作過(guò)程根據(jù)砂漿錨桿支護(hù)方案中的要求進(jìn)行制作，其他后備設(shè)施同樣需要滿足上述方案中的要求。

（4）各方案中的變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)。三種方案的支護(hù)方式各不相同，通過(guò)采取設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)一段時(shí)間內(nèi)的位移大小來(lái)判斷各方案的優(yōu)劣。在實(shí)際的變形點(diǎn)監(jiān)測(cè)工作中能夠明顯得出結(jié)論，在利用第三種方案進(jìn)行礦山巷道支護(hù)時(shí)，經(jīng)過(guò)15天～30天內(nèi)就已經(jīng)出現(xiàn)了多出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移偏大甚至出現(xiàn)開(kāi)裂破碎的現(xiàn)象，證明了第三種方案不適合地下礦山灰?guī)r破碎巷道支護(hù)工作，因此在實(shí)際的支護(hù)方案選擇時(shí)不應(yīng)該考慮噴射混凝土與砂漿錨桿相結(jié)合的方案。

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，第一種方案在120天后出現(xiàn)少量開(kāi)裂破碎的現(xiàn)象，而在180天之后所有的監(jiān)測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)破碎開(kāi)裂現(xiàn)象，而在第二種方案的監(jiān)測(cè)中即使是在180天之后出現(xiàn)了不同程度的裂縫，也沒(méi)有開(kāi)裂破碎情況的發(fā)生。雖然利用第一種方案其支護(hù)的厚度比第二種方案的支護(hù)厚度增大100mm，但是前者產(chǎn)生的破壞更加嚴(yán)重，而且在同樣時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的裂縫寬度也更大，因此二者相比之下，第二種支護(hù)方案更加適用于地下礦山灰?guī)r破碎巷道支護(hù)工作。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，錨噴網(wǎng)支護(hù)方案的應(yīng)用能夠讓金屬地下礦山灰?guī)r破碎巷道支護(hù)工作效果更佳，質(zhì)量更好，因此在針對(duì)這類巖體的金屬地下礦山可以選擇這種方案進(jìn)行支護(hù)。