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，同時深井高溫、高濕、高地壓問題愈來愈烈。深部開采地應(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；開采深度大、地應(yīng)力高，開采后空區(qū)處理時限縮短，支護與充填費用增大，生產(chǎn)成本變高；埋深大、地溫高，設(shè)備磨損腐蝕嚴重，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)量等級的不同，傳統(tǒng)的單獨的錨桿或者錨索很難達到支護效果，必須對不同質(zhì)量分級的巖體進行有針對性的 。

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。其下盤礦體的蝕變礦化隨著距離的拉大而逐漸減弱，主礦體走向為NE38°，礦體沿走向長度約為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巷道下盤大多為鉀化花崗巖、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，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，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)力測量、圍巖穩(wěn)定性分析、開采優(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入高地應(yīng)力環(huán)境狀態(tài)。通過對于三山島金礦深部巖石強度試驗及結(jié)構(gòu)面分析，根據(jù)BQ法對深部中、分段巷道進行巖體質(zhì)量分級：

式中: Rc-巖石飽水抗壓強度；Kv-巖體完整性系數(shù)。

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

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級巖體，局部為Ⅳ級巖體。

3 巷道支護參數(shù)

3.1 錨桿參數(shù)

3.1.1 錨桿長度

對于錨桿長度的設(shè)計，既要保證其有效長度大于松動區(qū)，同時又要小于塑性區(qū)。尤其是巷道頂板圍巖來說，其具有較大的變形可能性，設(shè)計方案應(yīng)確保錨桿可以根據(jù)圍巖變形情況而相應(yīng)的移動。這樣在圍巖變形過程中，錨桿支護會逐漸增加抗力，提高支護結(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，m；L1-錨桿外露長度，一般取0.05-0.2m,包括墊板、螺母;為了進行拉拔試驗通常取0.2m；L2-錨桿有效長度，m；L3-錨桿錨固長度,一般為0.3-0.5m；

其中:L2-錨桿有效長度,m；B-巷道掘進跨度，取4.2m；H-巷道掘進高度，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

所以錨桿長度L≥L1+L2+L3=0.2+1.39+0.5=2.09m。

3.1.2 錨桿間距

國內(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)驗公式計算：

式中：a-錨桿間距；L-錨桿長度；

則錨桿間距為（0.5～0.7）L=1.0m～1.4m。

3.1.3 錨桿直徑

國內(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。采用以下公式進行計算：

式中d-錨桿直徑；L-錨桿長度

經(jīng)綜合計算分析，三山島金礦采用Φ20mm的右旋螺紋鋼錨桿，長度2.2m；托盤采用150×150×8mm（長×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、中速兩種樹脂藥卷（快速凝固時間約40～60秒，中速凝固時間約90～120秒），藥卷直徑為28mm，長度為700mm，每孔裝兩卷、裝藥長度不小于1400 mm，以保證錨桿安裝后的錨固長度不小于1500mm。

3.2 鋼帶參數(shù)

鋼帶采用Φ10mm圓鋼加工，凈長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3cm。

4 支護方案

基于三山島金礦深部巷道圍巖普遍為Ⅲ級巖體、局部為Ⅳ級巖體的地質(zhì)條件[3]?，F(xiàn)對不同圍巖等級的圍巖采用針對性的支護方案[4]。

4.1 Ⅲ級巖體支護方案

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

臨時支護完成后，對頂板及兩幫進行樹脂錨桿、鋼帶全斷面聯(lián)合支護。每排施工6根樹脂錨桿，間距1.2m～1.6m，排距1.2m～1.6m；對于巷道頂板可采用十字鋼帶交叉支護，幫壁采用平行鋼帶支護。頂板及兩幫錨護后，對錨護區(qū)域噴漿支護，噴漿厚度至少50mm，強度C20，噴漿體必須將鋼帶嚴密覆蓋。

4.2 Ⅳ級巖體支護方案

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

圖1 Ⅲ級巖體中分段巷支護斷面圖

圖2 Ⅲ級巖體中分段巷支護俯視圖

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

圖3 Ⅳ級巖體中分段巷支護斷面圖

圖4 Ⅳ級巖體中分段巷支護俯視圖

5 結(jié)論

對于三山島金礦深部巷道的支護，應(yīng)先根據(jù)地質(zhì)條件對圍巖進行質(zhì)量分級。對于不同質(zhì)量等級的巖體進行有針對性的支護措施。對Ⅲ級巖體進行“錨桿+鋼帶+噴砼聯(lián)合支護”；對Ⅳ巖體進行“錨桿+鋼帶+金屬網(wǎng)+噴砼聯(lián)合支護”。在支護過程中應(yīng)保證支護材料與圍巖緊密咬合，以達到較好支護目的。