方自生

(蕪湖文武玄武巖礦業(yè)有限公司，安徽 蕪湖 241319)

1 基本概況

南陵縣戴家匯銅礦為接觸交代矽卡巖型銅礦，礦體主要賦存于花崗閃長斑巖與圍巖接觸帶矽卡巖中，與石炭系黃龍組、船山組灰?guī)r接觸處礦體較厚、品位較好。

（1）工程地質(zhì)條件。礦石及頂?shù)装鍘r石為塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖以層狀結(jié)構(gòu)。受F1斷裂節(jié)理裂隙及地下水的影響，巖石常夾軟弱夾層，易于膨脹，且具有強的高嶺土化、綠泥石化巖（礦）石穩(wěn)固性較差，井巷開拓時易于產(chǎn)生片幫、冒頂?shù)炔涣棘F(xiàn)象，工程地質(zhì)條件為復(fù)雜型。

（2）水文地質(zhì)條件。礦床各含水層由于受F1斷裂帶影響，地層出露不全，礦床主要含水層為碳酸鹽巖巖溶裂隙水～溶洞水，其次為構(gòu)造裂隙水，根據(jù)地質(zhì)資料預(yù)測-290m水平正常涌水量為7000m3/d；最大涌水量為12000m3/d，屬大水礦山；水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜型。

（3）巷道地壓顯現(xiàn)情況。巷道主要布置于底板圍巖中，圍巖總體巖性較差，巖體強度低，裂隙較發(fā)育，完整性不好，易膨脹粘土質(zhì)成分含量高，巷道掘出后松動圈半徑較大，巷道變形持續(xù)時間長；巷道頂板下沉及兩幫內(nèi)移量大，受采動影響破壞嚴(yán)重，造成巷道維護(hù)困難；已施工穩(wěn)定段兩幫變形基本在400mm～500mm，二次支護(hù)后主要變形在底鼓，底鼓量600mm左右，中間噴層開裂嚴(yán)重，拱形頂板基本成為平頂。該巷道的維護(hù)特點為：①-190m回風(fēng)平巷埋深大，距地表350米，沿礦體下盤布置，斷面為2.2×2.5m2，穿過巖層為粉砂巖、白云質(zhì)灰?guī)r、矽卡巖，花崗閃長斑巖、角礫巖，其中穿過F1斷層約60米，該斷層為壓扭復(fù)合斷層。除了花崗閃長斑巖不含水外，其他巖層的涌水量30m3/h～400m3/h。②巷道平均允許暴露時間在8h～11h，施工控頂難度大，打眼、安裝錨桿、錨索等工序操作相對困難，存在涌水現(xiàn)象，對施工隊伍的操作水平、施工質(zhì)量和現(xiàn)場的管理水平等要求相應(yīng)較高。先期施工巷道采用了錨架聯(lián)合支護(hù)、鋼筋混凝土封閉支護(hù)、普通錨噴等支護(hù)巷道變形嚴(yán)重，頂板下沉、幫板收斂、底鼓，整個斷面來壓，維修周期僅為0.5年～1.2年，急需解決此類高壓軟巖巷道的支護(hù)方法和長期穩(wěn)定性問題。

2 支護(hù)技術(shù)體系

2.1 強化錨桿及配套支護(hù)手段

提高鋼筋梯、網(wǎng)等支護(hù)材料的剛度與錨桿、錨索承載性能的匹配，強化組合支護(hù)系統(tǒng)整體強度。

2.2 強化組合、注漿加固，提高圍巖應(yīng)力狀態(tài)

除了采用組合支護(hù)外，輔助以高強并具有一定韌性的鋼纖維混凝土噴層，并在靠近巷道表面200mm～500mm范圍、破裂圍巖內(nèi)注入水泥漿液，對巷道表面、破裂松動巖體進(jìn)行有效的修復(fù)與固結(jié)，改善圍巖完整性、提高圍巖強度；注漿與錨桿統(tǒng)一起來實現(xiàn)錨注一體化，提高巖體變形剛度。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)手段

①采用高強配套支護(hù)材料。主要支護(hù)有：高性能超高強錨桿、大托盤、新型阻尼螺母和高預(yù)緊力錨索。②錨網(wǎng)索噴支護(hù)。錨桿（索）、高強預(yù)應(yīng)力鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土的配比及標(biāo)號要求。③特殊地質(zhì)帶，打孔注漿加固、底板加固。

3 支護(hù)方法工業(yè)試驗

初步設(shè)計中給出斷面為直墻三心拱，該類型的拱頂受力薄弱點在大圓弧和小圓弧的接點處，因此將實際施工斷面形狀設(shè)計為直墻半圓拱。因礦山各類用途不同的巷道斷面尺寸大小不等，采用不同的支護(hù)方法。

（1）井巷工程規(guī)格。戴家匯銅礦為新建礦山，各類用途的地下工程都有，斷面面積從5m2～18m2，其中提升機硐室9.2×5.6m2。

（2）確定巷道支護(hù)形式。按照毛斷面面積在9m2以下、以上、提升機硐室來確定支護(hù)形式。9m2以下頂、幫板均采用錨網(wǎng)噴（鋼纖維）聯(lián)合支護(hù)，底板采用厚度為300mm單層鋼筋混凝土澆底；9m2以上巷道頂板采用錨網(wǎng)+錨索+鋼筋梯+噴，巷幫采用錨網(wǎng)（索）支護(hù)，底板采用厚度為400mm雙層鋼筋混凝土澆底；提升機硐室采用錨網(wǎng)+錨索+鋼筋梯+鋼纖維砼噴射+注漿；特殊地質(zhì)采用自固式注漿錨桿加固底板（錨桿參數(shù)：長1.5m，間距0.8m，排距1m），形成反拱結(jié)構(gòu)；底澆筑底板混凝土標(biāo)號不低于C25。

①支護(hù)材料規(guī)格

頂錨桿：Ф18mm×1500mm螺紋鋼錨桿；

1993年，剛剛30歲的王逸平被確診患有克羅恩病，克羅恩病尚無法治愈，只能靠藥物控制。在隨后長達(dá)25年時間里，王逸平以抱病之軀，先后承擔(dān)起國家科技重大專項、科技部專項、863項目、國家自然科學(xué)基金委項目、中科院重大專項等眾多研究任務(wù)。2018年4月11日，王逸平因病在辦公室離世，年僅55歲。

幫錨桿：Ф16mm×1200mm螺紋鋼錨桿；

錨桿托板：150mm×150mm×10mm方形鋼板；

錨索規(guī)格：Ф15.24mm×5000mm鋼絞線；

錨索托板：300mm×300mm×10mm方形鋼板；

錨索錨具：OVM15型單體錨具；

錨固藥卷：S2360型雙速樹脂藥卷；

金屬網(wǎng)：網(wǎng)格為50mm的礦用方形金屬網(wǎng)，規(guī)格為2.5m×1.2m；

鋼筋梯：采用Ф12mm圓鋼焊接而成寬度120mm長度3m鋼筋間距約80mm～100mm鋼筋梯。

②巷道支護(hù)參數(shù)

頂錨桿：間距為0.6m，排距為0.6m；幫錨桿：幫錨桿至頂板向下300mm處按間排距0.6×0.6m打安，切眼至頂板向下0.2m處按間排距0.6×0.6m打安；錨索在頂板正常段間距為1.6m，排距為2m（遇地質(zhì)構(gòu)造頂板不穩(wěn)定時采用全錨索支護(hù)，間距0.8m，排距1m）。

此外，針對軟巖在掘進(jìn)時巷道頂板來壓加大，屆時根據(jù)頂板來壓變化情況對巷道支護(hù)設(shè)計進(jìn)行調(diào)整。

圖1 錨網(wǎng)索噴支斷面布置示意圖

4 工業(yè)試驗

4.1 錨網(wǎng)索噴支護(hù)

及時清理工作面浮石，定好錨桿的孔位，安裝完所有的錨桿后及時初噴混凝土（鋼纖維）封閉圍巖，防止圍巖風(fēng)化潮解，噴層厚度50mm～70mm；厚度達(dá)不到要求的要進(jìn)行二次復(fù)噴，混凝土配比：水泥：黃沙：石子=1:2:2。使錨桿（索）、金屬網(wǎng)、鋼筋梯梁與混凝土形成強度加固圈。

（1）錨桿安設(shè)要求。①錨桿螺紋外露長度為30mm～50mm；錨固力：頂錨不小于64KN，幫錨不小于50KN。②頂板不穩(wěn)定段及巷道兩幫擠壓變形過大等特殊情況需調(diào)整支護(hù)形式和制定相關(guān)安全措施。③頂錨桿角度不小于75°，遇裂隙時盡量要與裂隙面垂直布置；幫錨桿要垂直巷幫布置，托板要垂直于頂?shù)装?。④錨桿間排距誤差不得超過±0.1m。

（2）鋪聯(lián)網(wǎng)鋼筋梯梁要求。及時清理工作面的浮石，先定中間頂部三根錨桿的孔位，用YT-28風(fēng)鉆打孔并安裝，5分鐘后將金屬網(wǎng)及鋼筋梯梁同時安裝到位，上好托盤并用錨桿機擰緊螺母（扭矩不低于90N.m）,直到擰不動為止,使托盤緊貼巖面；然后鉆孔安裝其余鋼筋梯梁的錨桿。頂網(wǎng)長邊垂直巷道中線鋪設(shè)（幫網(wǎng)長邊沿巷道走向鋪設(shè)），相鄰網(wǎng)搭接不少于10cm，并用16#雙股鉛絲每隔15cm將網(wǎng)相連，且擰緊不少于3圈。

（3）錨索支護(hù)要求。①錨索承載能力應(yīng)在230KN以上，張拉預(yù)緊力為95KN。②錨索外露長度從索具算起不大于350mm。

4.2 工業(yè)試驗中的注意事項

（1）巷道交叉口均采用錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯、錨索進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，大型牛鼻子處采用錨索+槽鋼鋼帶2～3排進(jìn)行鎖口、排距為1m。

（2）根據(jù)頂板情況，在破碎頂板或壓力大時，適當(dāng)加密錨索，加密補打幫錨桿。

（3）交叉點，網(wǎng)要連接合理，幫錨桿要垂直巖壁，抹角處控頂距超過30cm時要補打錨桿。

5 觀測結(jié)果與結(jié)論

（1）巷道傳統(tǒng)支護(hù)位移觀測。礦山建設(shè)初期，巷道采用傳統(tǒng)支護(hù)方式，部分巷道為素（鋼筋）混凝土。開始兩個月，素（鋼筋）混凝土巷道頂板下沉速度和兩幫相對移近速度明顯，傳統(tǒng)支護(hù)幾乎全部破壞，巷道表面位移急劇增大。半年后，圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，但巷道仍有不小的變形量，由于深部圍巖具有蠕變特性，巷道仍保持一定的變形速度，經(jīng)測量最終巷道頂?shù)鬃畲笠平繛?70mm，兩幫最大移近量為470mm。

（2）巷道（維修巷道）強化組合支護(hù)位移觀測。依照強化控制理論和技術(shù)方案，對已破壞的巷道進(jìn)行了修復(fù)，巷道整體支護(hù)狀況良好，尤其在采用錨索強化支護(hù)后，頂?shù)装?、兩幫相對移近速度快速降低并趨于穩(wěn)定，兩幫及頂?shù)装逑鄬σ平匡@著減小，巷道變形得到有效控制，變形穩(wěn)定后，巷道頂?shù)装逑鄬σ平孔畲鬄?2mm，兩幫相對移近量最大為54mm，均處于可控制范圍內(nèi)。對后期施工的巷道按照本次論文中的支護(hù)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了有效支護(hù)，施工過后的巷道至今沒有出現(xiàn)明顯裂紋、掉塊、起層、變形等現(xiàn)象。

（3）結(jié)論。①傳統(tǒng)支護(hù)體系承載能力不足以抗衡高地壓軟巖強烈的地壓突出，致使巷道嚴(yán)重變形，維護(hù)困難。為較好地控制巷道的大變形和維持巷道的長期穩(wěn)定，應(yīng)積極研究采用新強化組合支護(hù)體系[2]。②強化組合支護(hù)體系，強化錨桿及配套支護(hù)手段、提高巷道淺部圍巖應(yīng)力狀態(tài)、破裂圍巖的注漿加固、提高強度、強化關(guān)鍵技術(shù)手段，較好解決了高地壓軟巖巷道的大變形失穩(wěn)問題，對同類巷道的支護(hù)設(shè)計有借鑒作用。

[1]李寶玉.《高地壓軟巖巷道圍巖組合控制技術(shù)》中國科技論文在線http://www.paper.edu.cn

[2]司文.《高地壓軟巖巷道控制技術(shù)》中國科技論文在線http://www.paper.edu.cn