陳鵬剛　龐明海

(五礦礦業(yè)(邯鄲)礦山工程有限公司)

目前，巷道支護類型主要有3類，第1類為被動支護形式，包括鋼筋混凝土支架、金屬鋼支架、料石碹等；第2類以各類普通錨桿支護為主，旨在改善巷道圍巖力學性能的積極支護形式，包括素噴支護、錨噴支護、錨網(wǎng)噴支護、雙筋條支護等；第3類以高強預(yù)應(yīng)力錨桿和注漿加固為主的積極主動加固形式，如錨索加鋼帶支護、注漿錨桿支護，能夠明顯改善破碎巖體的力學特性，具有支護結(jié)構(gòu)整體性好、承載力高、支護效果好等優(yōu)點[1-5]。

在地下金屬礦采礦工程中的巷道以中、大斷面為主，沿脈巷道掘進工程的質(zhì)量及圍巖的安全狀況直接關(guān)系到全礦的安全生產(chǎn)，巷道開挖質(zhì)量以及后續(xù)支護工程質(zhì)量直接影響著后續(xù)工作的順利進行。因此，提高沿脈巷道的掘進質(zhì)量和支護質(zhì)量對于加快礦山基礎(chǔ)建設(shè)進程具有重要意義。本研究以安徽李樓鐵礦為例，針對該礦巷道圍巖特征，通過綜合應(yīng)用素噴、錨網(wǎng)噴、錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶、金屬拱架嗣后對開木充填等工藝，對巷道掘進聯(lián)合支護方案進行設(shè)計。

1　工程概況

李樓鐵礦為一大型鐵礦床，礦石類型為石英鏡鐵礦[6-7]。礦體底板巖性主要為含閃石云母白云石大理巖，局部為黑云斜長片麻(變粒)巖；頂板巖性主要為含閃石云母白云石大理巖，局部為黑云斜長片麻(變粒)巖和云母石英片巖，部分巖石因壓碎和蝕變作用，形成了糜棱巖化綠泥質(zhì)片巖夾層。巖石的物理力學參數(shù)如表1所示。

表1　李樓鐵礦巖石物理力學參數(shù)

該礦礦體與頂?shù)装寮皧A石界線清楚，有時出現(xiàn)礦體與圍巖或夾石呈條帶狀交替互層過渡，從而造成礦體在頂?shù)装寮皧A石附近出現(xiàn)貧化現(xiàn)象。沿脈巷道走向與巖體裂隙基本一致，擠壓破碎帶節(jié)理發(fā)育，局部破碎。施工區(qū)域的巷道左幫及頂板的主要危巖種類有節(jié)理面交叉形成的人字形結(jié)構(gòu)、層理大塊危險結(jié)構(gòu)以及大厚度危巖，受地壓和放炮振動的影響，巷道圍巖出現(xiàn)裂隙，有掉落危險。

2　聯(lián)合支護方案原理及施工工藝

2.1　方案原理

沿脈巷道支護方案需要依據(jù)巖體的破碎特征進行設(shè)計，本研究根據(jù)李樓鐵礦巷道圍巖狀況設(shè)計出的聯(lián)合支護方案包括如下4種工藝。

(1)素噴。噴射混凝土層對巷道圍巖表面進行封閉，從而完全隔絕空氣、水與圍巖接觸，可以有效防止風化潮解而引起的圍巖破壞與剝落；同時，由于圍巖裂縫中充填了混凝土，使得圍巖裂隙深處原有的充填物不致因風化作用而降低強度，也不致因水的作用而使得原有的充填物流失，使得巷道圍巖保持原有的穩(wěn)定性和強度[8-10]。巷道圍巖整體性良好，偶爾有小斷層，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，以原生節(jié)理為主，無泥質(zhì)充填時可以采用素噴工藝支護，局部偶爾搭配錨桿支護。素噴支護工藝主要應(yīng)用于巷道圍巖為礦石的出礦巷道及出礦進路。

(2)錨網(wǎng)噴。錨桿可以穿過數(shù)組不連續(xù)面，可有效防止或減少不連續(xù)面移動，另外錨桿可以起到懸吊作用，防止松散巖塊脫落；網(wǎng)片可以將已經(jīng)脫落的巖塊兜住。注漿錨桿可以改變圍巖松散破碎結(jié)構(gòu)，提高其黏結(jié)力、內(nèi)摩擦角以及圍巖的整體性。巷道圍巖呈塊狀結(jié)構(gòu)或碎裂鑲嵌結(jié)構(gòu)，受構(gòu)造影響嚴重，節(jié)理發(fā)育，或巷道圍巖受地壓和放炮振動的影響，頂板圍巖破碎，有掉落危險時，可以采用錨網(wǎng)噴支護。如李樓礦區(qū)-325～400 m水平北盤沿脈巷道走向與巖體裂隙基本一致，擠壓破碎帶節(jié)理發(fā)育，局部破碎，該區(qū)段適宜采用錨網(wǎng)噴支護。

(3)錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶。錨索可以將預(yù)加的張拉力傳遞至深部較穩(wěn)定的巖層，在縱向上將大塊與圍巖形成整體，鋼帶在橫向?qū)⒋髩K與圍巖形成整體，錨網(wǎng)噴可以有效防止小塊巖石掉落，確保巷道安全。當巷道圍巖裂隙發(fā)育，破碎，易出現(xiàn)楔形滑面或圍巖出現(xiàn)大塊，可能發(fā)生圍巖失穩(wěn)或需對頂板圍巖提供較大支護力時，可以采用錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶支護工藝。

(4)金屬拱架嗣后對開木充填。U型拱架支護作為一種被動支護，抗拉、抗壓強度較高，具有良好的韌性，可以有效承載開挖巷道產(chǎn)生的早期荷載，有效控制圍巖進一步變形與松弛，最佳的受力狀態(tài)是壁后充填密實對開木，使其均勻受壓。拱架支護適用于地壓較大、地壓不穩(wěn)定和圍巖變形量大的巷道，如李樓礦區(qū)-425 m水平北下盤巷、-375 m水平北沿脈巷道。當沿脈巷道頂板形成的人字形大塊等高厚度危巖的長度超過10 m，厚度為0.5～1.5 m時，錨索等支護工藝已經(jīng)無法提供有效的支護力，需要采用金屬拱架嗣后對開木充填工藝來進行支護。支架柱腿間距一般不大于1 m，柱腿之間用金屬拉桿通過螺栓、夾板等互相拉緊，以加強支架沿巷道軸線方向上的穩(wěn)定性。

2.2　支護施工工藝流程

2.2.1素噴

首先拆除作業(yè)面障礙物，清除開挖面的浮石、泥漿、回彈物及巖渣堆積物；噴漿開始時，先開風后給水、給料，噴射作業(yè)應(yīng)分段、分片進行，采用自上而下螺旋式噴射順序；噴嘴與受噴面應(yīng)垂直，噴嘴與受噴面的距離不宜大于1.5 m；噴射時應(yīng)控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤；噴漿結(jié)束時，先停料，待料用完后再停電，最后關(guān)水停風。

2.2.2錨網(wǎng)噴

錨網(wǎng)噴工藝流程如圖1所示。

該工藝的施工要點為：①鉆孔，鉆孔采用氣腿式鑿巖機，鉆孔深度宜略小于錨桿設(shè)計長度，鉆孔完畢后，打開高壓風吹孔，將孔內(nèi)因鑿巖產(chǎn)生的巖石粉末及碎渣吹出； ②安裝樹脂錨桿，首先向孔內(nèi)塞入3卷樹脂藥卷(錨固劑)，送至孔底，然后將樹脂錨桿(桿體為φ18mm圓鋼)插入孔內(nèi)，攪拌樹脂膠，在錨索外露部安裝托盤及螺母，完成樹脂錨桿安裝(沿脈巷道支護必須采用永久支護方式，故而一般不采用開縫錨桿)。該工藝的支護效果如圖2所示。

圖1　錨網(wǎng)噴工藝流程

圖2　李樓鐵礦-400 m水平北沿9-3采場口

2.2.3錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶

錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶的工藝流程如圖3所示。

圖3　錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶工藝流程

該工藝的施工要點為：①鉆孔，鉆孔采用錨索機，鉆孔深度宜略小于錨索設(shè)計長度，鉆孔結(jié)束后，用1根聚乙烯管復核孔深，并開高壓風5 min后遮蓋孔口； ②安裝錨索，首先向孔內(nèi)塞入3卷樹脂膠，然后用錨索機將錨索螺旋插入孔內(nèi)，攪拌樹脂膠，錨索到底后，在錨索外露部安裝鎖具。

2.2.4金屬拱架嗣后對開木充填

金屬拱架嗣后對開木充填工藝流程如圖4所示。

圖4　金屬拱架嗣后對開木充填工藝流程

安裝金屬拱架時應(yīng)檢查預(yù)支護部位巷道的中線和高程，在巷道兩幫標定拱架位置，拱架形成的斷面應(yīng)垂直于巷道中線方向，確保豎向不傾斜、平面不錯位，不扭曲垂直度允許偏差為2°。同一拱架兩側(cè)柱腿下端應(yīng)在相同水平面內(nèi)，相對應(yīng)的拱架柱腿應(yīng)與巷道中線方向垂直。當拱架柱腿位置的底板處于軟弱地段時，在柱腿位置的底板加設(shè)槽鋼基座以增加底板承載力，槽鋼基座應(yīng)與拱架焊接牢固。預(yù)支拱架的柱腿通過對開木與已經(jīng)支設(shè)后的拱架縱向固定牢固或與已支護的錨桿固定牢固，以防預(yù)支拱架倒塌。拱架架設(shè)完畢并經(jīng)過驗收合格后，方可進行掛網(wǎng)噴漿作業(yè)。該工藝的支護效果如圖5所示。

圖5　李樓鐵礦-400 m水平北盤沿脈巷道

3　結(jié)　語

針對李樓鐵礦井下巷道圍巖特征，為有效控制巷道圍巖穩(wěn)定性，設(shè)計了包含素噴、錨網(wǎng)噴、錨網(wǎng)噴+錨索鋼帶、金屬拱架嗣后對開木充填等工藝的聯(lián)合支護方案，并詳細討論了支護施工工藝流程。支護方案實施后，巷道圍巖穩(wěn)定性得到了有效控制，冒頂片幫事故的發(fā)生頻率顯著降低。本研究認為隨著礦山地層條件的變化，單純錨桿支護或噴射混凝土支護工藝無法有效滿足巷道安全要求，應(yīng)將傳統(tǒng)單一支護方式逐漸過渡為多種工藝相結(jié)合的聯(lián)合支護方式，方可有效控制巷道圍巖變形，確保礦山安全生產(chǎn)。

[1]東兆興，吳士良.井巷工程[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版，2009．

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中華人民共和國建設(shè)部.GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2001.

[3]候朝炯，郭勵生.煤巷錨桿支護[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，1999．

[4]黃曉炎.道清礦大傾角回采巷道錨桿支護設(shè)計及應(yīng)用[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學，2011.

[5]朱文龍.和睦山鐵礦高應(yīng)力軟巖巷道聯(lián)合支護方案[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017(9)：218-220.

[6]石磊.李樓鐵礦南部礦體采礦方法探討與研究[J].礦冶工程，2015，35(5)：28-29.

[7]朱國濤，郝紅星，王曉飛.李樓鐵礦厚大礦體安全回采研究[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2013(11)：1-4.

[8]任紅崗，譚卓英，董葉茂.露天礦高陡邊坡穩(wěn)定性評價及綜合加固措施[J].有色金屬：礦山部分，2015，67(1)：77-82.

[9]武志德，周宏偉，劉金鋒，等.噴射鋼纖維混凝土在鶴煤八礦深部軟巖巷道支護中的應(yīng)用[J].金屬礦山，2011(6)：32-35.

[10]候公羽，李晶晶，楊悅，等.圍巖彈塑性變形條件下錨桿、噴混凝土和U型鋼的支護效果研究[J].巖土力學，2014，36(5)：1357-1366.