塹溝底部結(jié)構(gòu)復(fù)合支護技術(shù)

徐大智

(中核北方鈾業(yè)有限公司， 遼寧 葫蘆島市 125100)

0 引言

某金屬礦山礦巖破碎，采用塹溝底部結(jié)構(gòu)出礦，當遇到斷層及靠近斷層的軟弱巖層時，巷道存在冒頂、片幫現(xiàn)象。施工中未采取任何支護措施，在塹溝底部結(jié)構(gòu)爆破過程中，受到爆破震動的影響原本不穩(wěn)固的出礦進路出現(xiàn)垮塌、冒落等現(xiàn)象。在上盤深孔爆破時，爆破震動和崩落礦石的沖擊對裝礦進路的穩(wěn)定性影響更大，進而破壞裝礦進路眉線，減少裝礦進路的長度，甚至導(dǎo)致裝礦進路報廢而無法使用，造成礦石的損失，嚴重時還會影響礦山的生產(chǎn)安全。因此，須對塹溝底部結(jié)構(gòu)采取及時有效的支護措施。

1 復(fù)合支護原理

適合礦區(qū)塹溝底部結(jié)構(gòu)支護方案有噴射混凝土支護、管縫錨桿支護、水泥卷錨桿支護、U型鋼拱架聯(lián)合支護，其具體的支護作用如下。

（1）在巖壁上的噴射混凝土填充圍巖節(jié)理、裂隙，使得不連續(xù)的巖層緊密膠結(jié)在一起，增加摩擦阻力，防止巖石弱面位移，使得各巖層整體穩(wěn)定性好。此外，噴射混凝土的黏結(jié)作用和抗剪切作用，使得巖層黏合在一起，并且與圍巖形成統(tǒng)一受力結(jié)構(gòu)，混凝土噴層的受力情況得到很大的改善。圍巖變形可以通過噴層來控制，在噴層的作用下，圍巖變形較大時仍不會坍塌，提高了圍巖的自承載作用。從防止圍巖風(fēng)化的角度，噴射混凝土可以快速地使暴露圍巖形成封閉環(huán)，減少圍巖風(fēng)化。

（2）管縫式錨桿是將不穩(wěn)定巖塊懸吊在穩(wěn)定巖體上，或者將應(yīng)力降低區(qū)內(nèi)的不穩(wěn)定圍巖懸吊在應(yīng)力降低區(qū)以外的穩(wěn)定巖體上。在側(cè)壁則用錨桿阻止巖塊滑動。管縫式錨桿見效快，對巖層表面的加固能力強。

（3）水泥卷錨桿是在破壞區(qū)形成次生承載層，將深部巖層與外部巖層的應(yīng)力趨于平均，金屬網(wǎng)可以很好地將破碎頂板兜住，并且和雙筋拱形成整體起到組合梁的作用，兩幫形成的支撐點可以使錨桿的受力更加均衡，起巖層縱深阻斷作用，從而達到卸壓的效果，防止次生承載層失穩(wěn)，引起頂板垮落，提高圍巖與支護結(jié)構(gòu)的整體承載性。

（4）在破碎、特別松軟巖層的巖石條件下，采用錨桿網(wǎng)噴支護效果不理想時，根據(jù)圍巖的變形情況，采用分階段復(fù)合支護手段，首先采取錨網(wǎng)噴作為初期臨時支護，噴射混凝土及時封閉圍巖，防止巖石風(fēng)化、遇水軟化等現(xiàn)象，做到及時支護，并且提供一定的初期錨固力和黏結(jié)力，使得破碎、特別松軟圍巖巷道初期變形盡可能小，待巷道圍巖變形基本趨于穩(wěn)定后，再及時進行二次支護，支護手段為U型鋼拱架，與錨、網(wǎng)、噴作初期支護形成整體支護系統(tǒng)，抵抗第2階段的圍巖變形應(yīng)力。

2 支護技術(shù)方案

針對礦巖穩(wěn)固條件，根據(jù)實踐論證和經(jīng)驗選擇以下3種支護方式進行支護。

2.1 水泥卷錨桿噴錨網(wǎng)支護

塹溝部結(jié)構(gòu)出礦進路的支護形式采用水泥卷錨桿噴錨網(wǎng)支護。主要工藝步驟如下：在比較破碎的地方盡快采用素噴混凝土進行封閉，阻止破壞進一步發(fā)展，在素噴凝固后采用水泥砂漿錨桿支護，支護網(wǎng)度1m×1m；水泥卷錨桿養(yǎng)護24 h后掛金屬網(wǎng)，再進行噴射混凝土支護，支護厚度為50mm。水泥卷錨桿材質(zhì)為螺紋鋼，尺寸為Φ16mm，金屬網(wǎng)為8碼絲編織網(wǎng)，網(wǎng)格大小為100mm×100mm。

水泥卷錨桿施工方法：待素噴混凝土完全凝固后，采用鉆孔孔徑為38mm～40mm的潛孔鉆機進行施工，打孔完成后，再及時將處理過的水泥卷塞進巖石孔內(nèi)，接下來將端部帶有螺母、墊片、墊板、彈簧墊片的錨桿插入孔中，最后待水泥卷經(jīng)過24 h養(yǎng)護后將螺母擰緊。在支護之前應(yīng)先進行撬毛，并清洗巷道壁。水泥卷錨桿噴錨網(wǎng)支護設(shè)計見圖1。

2.2 水泥卷、管縫錨桿聯(lián)合支護

水泥、管縫錨桿聯(lián)合支護方式主要用于出礦穿脈的支護。施工工藝步驟如下：在巖石破碎的地方快速素噴混凝土進行封閉，待素噴混凝土完全凝固后，采用鉆孔孔徑為38mm～40mm的潛孔鉆機進行施工，錨桿孔打孔密度為1m×1m；然后采用網(wǎng)度為2m×2m的管縫式錨桿將金屬網(wǎng)和鋼帶固定在巖面上；水泥卷裝藥密度為2m×2m；待水泥卷經(jīng)過24 h養(yǎng)護后將螺母擰緊；噴射混凝土為C20混凝土，噴層厚度為50mm。水泥卷錨桿桿體為Φ18mm螺紋鋼，金屬網(wǎng)為網(wǎng)度100mm×100mm的8碼絲編織網(wǎng)。水泥卷、管縫錨桿聯(lián)合支護設(shè)計見圖2。

圖1 水泥錨桿噴錨網(wǎng)支護設(shè)計

圖2 水泥卷、管縫錨桿聯(lián)合支護設(shè)計

2.3 U型鋼拱架與噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護方案

U型鋼拱架與噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護方案主要用于出礦穿脈與裝礦進路中不穩(wěn)固礦巖、構(gòu)造較發(fā)育的地段。主要工藝如下：首先初噴漿厚度20mm～30mm混凝土，頂板噴漿厚度可適當增加；然后安裝水泥卷預(yù)應(yīng)力錨桿與金屬網(wǎng)，錨桿網(wǎng)度為1.0m×1.0m，金屬網(wǎng)為直徑6mm的金屬絲編織而成，網(wǎng)孔尺寸為50mm×50mm，規(guī)格為1.0m×2.0m，金屬網(wǎng)搭接寬度100mm，輔助使用10#鐵絲捆扎，3個網(wǎng)孔連接兩扣；再架設(shè)U型鋼拱架，U型鋼支架采用20#U型鋼加工，一弧拱兩腿3節(jié)組合而成，采用角鋼與螺栓連接。U型棚架支護見圖3。支架與金屬網(wǎng)之間用坑木背實、背牢。卡纜螺栓非常緊固牢靠，柱腳立在木鞋或?qū)嵉咨?。兩架鋼拱架之間的距離為0.8m～1.0m，相鄰鋼架之間通過焊接Φ18mm的螺紋鋼進行連接，鋼拱架接縫在垂直面上應(yīng)錯開20 cm以上，U型鋼棚的連接應(yīng)采用錯縫連接。相鄰U型鋼拱架連接見圖4。最后再復(fù)噴60mm～70mm混凝土。必要時，對巷道頂板適當增加噴漿厚度。噴漿層與金屬網(wǎng)的聯(lián)合作用，使碎裂的圍巖相互黏結(jié)，形成整體，阻止碎裂巖塊移動與冒落。使得錨桿、金屬網(wǎng)、鋼帶等與U型鋼形成受力整體，提高承載能力，從而保證巷道的使用安全。

圖3 U型棚架支護

圖4 相鄰U型鋼棚連接

3 現(xiàn)場試驗及效果

在該礦山某礦塊分別開展了管縫錨桿與噴網(wǎng)支護、水泥卷錨桿與噴網(wǎng)支護、U型鋼拱架與噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護技術(shù)現(xiàn)場試驗，試驗礦塊塹溝底部結(jié)構(gòu)布置在下一中段，自下盤YD3每隔10m分別施工出礦穿脈和拉底巷道，從出礦穿脈開始向拉底巷道掘進出礦進路，拉底巷道底板高出出礦穿脈1m。下盤底部結(jié)構(gòu)共布置3條拉底巷道，3條出礦穿脈，每隔4m～6m布置裝礦進路。自CD11N離上盤礦體邊界15m～20m布置上盤脈外巷，每隔10m分別施工出礦穿脈和拉底巷道，出礦穿脈和拉底巷道均與空區(qū)貫通，上盤底部結(jié)構(gòu)共布置3條拉底巷道，4條出礦穿脈，每隔4m～5m布置裝礦進路。支護材料單價及塹溝底部結(jié)構(gòu)復(fù)合支護方案成本見表1和表2。相關(guān)支護效果見圖5～圖7。

表1 支護材料單價

表2 塹溝底部結(jié)構(gòu)復(fù)合支護方案成本表

圖5 管縫錨桿與噴網(wǎng)支護效果

圖6 水泥卷錨桿與噴網(wǎng)支護效果

圖7 U型鋼拱架與噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護效果

4 結(jié)論

某金屬礦山礦巖破碎，采用塹溝底部結(jié)構(gòu)出礦，塹溝底部結(jié)構(gòu)部分巷道礦巖較破碎，遇到斷層及靠近斷層的軟弱巖層時，巷道存在冒頂、片幫現(xiàn)象。施工中未采取任何支護措施，在塹溝底部結(jié)構(gòu)爆破過程中，受到爆破震動的影響，出礦進路可能出現(xiàn)垮塌、冒落等現(xiàn)象。因此，根據(jù)礦山實際提出了3種復(fù)合支護技術(shù)：水泥卷錨桿噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)，水泥卷管縫錨桿復(fù)合支護技術(shù)及U型鋼拱架噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)，最大限度地發(fā)揮巖體的自承載作用；在裝礦巷中采用素噴封閉+雙筋拱噴錨網(wǎng)復(fù)合支護技術(shù)，使底部結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性大大加強，為礦山安全穩(wěn)定開采奠定了基礎(chǔ)。