多種支護技術在寶山鉛鋅礦的應用及推廣

舒 亮,嚴三綱,楊文忠

(湖南寶山有色金屬礦業有限責任公司,湖南桂陽 424402)

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多種支護技術在寶山鉛鋅礦的應用及推廣

舒 亮,嚴三綱,楊文忠

(湖南寶山有色金屬礦業有限責任公司,湖南桂陽 424402)

湖南寶山有色金屬礦業有限責任公司是一家歷史悠久,從事以鉛鋅為主的多金屬采選業務的礦山企業。隨著礦山露采及淺部礦床開采完畢,礦山主要開拓及采準巷道已進入中深部。由于礦山圍巖復雜,其中砂頁巖、矽卡巖、花崗斑巖等不穩固巖層較多,再加上大小斷層、裂隙發育,使得巷道支護成了開拓及采準工程首要解決的問題。經過多年的探索、實驗,寶山鉛鋅礦已形成多種針對不同圍巖的支護方式,且支護技術較成熟。

支護方式;軟巖巷道;錨網支護;即時支護

湖南寶山有色金屬礦業有限責任公司(寶山鉛鋅礦)礦區位于湖南省桂陽縣城關鎮以西,自1966年建礦以來,由露天開采逐步走向地下開采。目前開采最深處已達-230.0 m標高,距離地面700多m。由于開采深度逐漸增加,井下巷道地應力也隨之變大,再加上圍巖本身的不穩固性,因此造成多處巷道垮塌嚴重,對井下的生產安全、開拓、采礦等均造成較大的困難。為解決以上問題,支護成了寶山井下一項重要工程。經過多年的技術攻關、現場試驗,寶山礦已形成多種支護方式。通過不斷的改進,目前各支護技術逐步走向成熟。隨著深部開拓的逐步推進,繼續改善現有支護方式,并研究更適合深部開采的新型支護方式,也是寶山鉛鋅礦目前正在攻關的技術難題之一。

1 礦山地質簡介

寶山礦區根據各巖層的工程地質特征可劃分為:梓門橋組白云巖、石磴子組灰巖(包括大理巖、矽卡巖)、測水組砂頁巖、花崗閃長斑巖和斷層破碎帶這五個工程地質巖組。其中梓門橋組白云巖巖性較好,在未受構造裂隙影響地段,巷道施工一般不需支護。石磴子組灰巖中大理巖、矽卡巖易風化。測水組砂頁巖的特點是易碎、易風化,風化后呈碎塊狀和粘土狀,坑道中常見冒頂片幫現象,在風化破碎較嚴重處還見有坍塌現象,坑道施工后一般需及時支護。寶山礦區斷裂破碎帶較多,如:F21斷層、F0-1斷層;破碎帶中以泥、炭質膠結為主,坑道穿過斷層破碎帶時常見掉塊、冒頂等現象,時間久后還見有坍塌現象。

2 支護技術的應用

經過多年的現場試驗,寶山鉛鋅礦已形成多種適合本礦山各種圍巖的支護形式,其中應用最多的為發碹支護和錨網支護,其次是噴漿支護、木支護、圓鋼支護、槽鋼支護等。目前正在試驗研究的有濕式噴漿、錨塑網支護及即時支護等。

2.1 發碹支護

發碹支護是寶山鉛鋅礦應用時間久、普通實用、應用范圍廣的一種支護方式。但由于其勞動強度大、成本高、施工時危險性較大(需在不穩定圍巖下作業)等缺點,使得該支護方式只在部分條件下才使用。

2.1.1 使用范圍

發碹支護使用范圍主要為巖性極不穩固,且服務年限較長的主運輸巷道。如極不穩固的砂頁巖、炭質巖;在經過較大斷層(如F21斷層)時,由于巷道易冒頂,且大塊多,只有使用發碹支護。在礦區使用地點有:西部-110中段161北穿、-110中段150北穿、-150中段北西沿等。

對于一些中段的主運輸巷或永久性工程,該支護方式也應用較多。如中段車場、石門、各沿脈運輸巷、維修硐室、炸藥庫等。在礦區使用地點有:西部-190中段車場、南北石門、維修硐室;西部-70中段措施巷炸藥庫等。

2.1.2 支護設計

鋼筋混凝土發碹支護設計如圖1所示(以2.4 m ×2.6 m斷面為例,下同)。

圖1 鋼筋混泥土發碹設計圖(單層布筋)

其中混凝土配比為:每立方米用量,水泥∶河沙∶碎石=300∶740∶1262(單位:kg)

每米支護所需材料、成本、工時見表1。

表1 每米發碹支護成本明細表

施工時,第一步施工墻部分,先挖基腳立模,再布置鋼筋,最后澆筑混凝土;第二步施工拱部分,施工順序為立模→布筋→澆筑混凝土。施工方法較簡單。

2.1.3 應用推廣

根據多年的使用經驗,從節約成本、減少勞動強度、加強安全措施等方面,對發碹支護做了如下改善:

1.根據圍巖穩固情況,可分為單層布筋、雙層布筋兩種不同布筋方式;也可以不布筋?；炷翝仓穸纫部筛鶕鷰r穩固性的不同進行設計,一般設計厚度有200 mm、250 mm、300 mm等規格。

2.為確保施工時的安全,可以先臨時支護,如用槽鋼、木材護頂嗣后發碹支護。

3.混凝土攪拌由原來的人工攪拌,改為用小型攪拌機攪拌。

2.2 錨網支護

錨網支護是2011年引進的一種新型支護方式,由于其具有勞動強度較小、應用面廣、操作簡單等優點,使得其在寶山鉛鋅礦得到了迅速的推廣應用。

2.2.1 使用范圍

由于錨網支護能很好的防止頂板石頭掉落,在相對穩固的砂頁巖內、較破碎的白云巖內、過小斷層及破碎帶的時候均可以使用,故使用范圍較廣。特別是對于易風化、遇水膨脹的花崗閃長斑巖和矽卡巖具有很好的支護效果。礦區應用實例有:砂頁巖內的西部-70中段措施巷、-110中段157北穿等;破碎地帶的西部-110中段156北穿、-190中段北石門;花崗巖內的-110中段156南穿;矽卡巖內的-150中段南東沿。

2.2.2 支護設計

1.錨桿類型選擇:錨桿材料為Φ16 mm等強螺紋鋼,頂板及兩角錨桿加密錨固(間距為600 mm),兩幫錨桿(間距為700 mm),每孔裝八個藥卷(普通錨固劑)。

2.錨桿長度計算:桿長度L=L1+L2+LP,式中L1為錨桿外露長度,取100 mm;L2為錨桿錨固長度,取 100 mm;LP為錨桿有效長度,取 1 600 mm;L=100+100+1 600=1 800 mm。

3.錨桿間距確定:錨桿間距應滿足D≤(1/3) L,則D≤1/3×1 800=600 mm。

4.錨桿托盤和網筋:錨桿托盤材料選用規格為120 mm×120 mm×8 mm鐵板。

網筋材料選用Φ6 mm六碼絲,網孔規格100 mm ×100 mm,鋼筋網制作規格為2 000 mm×1 000 mm。

錨網支護設計如圖2～圖4所示,成本見表2。

圖2 錨孔布置圖

圖3 錨桿排距布置圖

圖4 網筋及托盤加工圖

表2 每米錨網支護成本明細表

2.2.3 施工順序

施工人員先按設計圖在巷道中打眼,每孔深1.8 m,錨桿眼打完后,每個錨桿眼裝8卷普通錨固劑,再安裝錨桿,錨桿安裝完畢,將地面加工好的網筋掛好,網筋安裝時應盡量貼近巷道壁和頂板,兩網筋連接處重疊10 mm,而后將錨桿托盤套在錨桿外露端,將螺母擰緊。

2.2.4 應用推廣

由于該支護方法使用時間較短,但其效果很好。經過推廣使用,不斷結合實際研究,并不斷改善,總結如下:

1.采用主動錨網支護,提高了圍巖整體強度,保持了圍巖穩定,有效地控制圍巖變形。巷道不需維修,降低了維修費用,提高了安全程度。

2.錨網支護材料輕,運輸量少,減輕了施工人員的勞動強度。還可以根據圍巖的不同穩定程度,制作不同密度的錨網,錨桿長度也可以根據圍巖的穩定性使用不同的長度。

3.支護速度快,成本相對較低,可以很大地加快開拓速度。每次掘進、出渣完畢后即可進行錨網支護,減少圍巖暴露時間,作業連續性好。

4.經過使用發現,在有水的巷道,錨網暴露在外面容易腐蝕、生銹,經過研究可以采用多種方法解決該難題,例如:嗣后噴漿、采用PE塑膠網代替錨網, PE塑膠網強度和韌性都很好,且不易腐蝕,故是代替錨網的一種很實用的材料,目前本礦山正在試驗。

5.目前錨網支護技術正在逐步完善,今后將可以作為采場護頂。在一些留礦法采礦的采場,為保證最終放礦的安全性,可以先進行采場錨網護頂,例如西部-70中段157采場即是使用了該方法。

6.在一些有礦但又較不穩固的砂頁巖巷道內,可以先用錨網支護,對今后礦體的回采也無影響。

2.3 即時支護

圖5 PE鋼性構件液壓千斤頂即時支護圖

施工時直接用液壓千斤頂頂起鋪有PE板材的鋼架至頂板,作業人員在支護面下打鉆作業。打鉆完成后,先拆除支護再放炮,嗣后再進行發碹支護工作。

2.4 其他支護方式

1.木支架支護:適用于服務年限較短、多變的地質條件,特別是用于經過砂頁巖礦體的巷道的一種臨時支護。由于木支架易腐爛易燃等,在本礦山只做一種臨時支護。

2.架金屬支架支護:金屬支架主要有槽鋼、圓鋼等,根據不同的圍巖可選用不同支護材料。此支護較簡易,無特殊要求,直接架設即可,但也只用作臨時支護用。

3.預制磚支護:此支護只做墻碹支護用。

4.濕式噴漿:利用濕式噴漿機噴射特制膠結料進行支護,一般作為配合錨網支護使用。

3 新型支護方式的研究

3.1 超前錨桿支護法在砂頁巖掘進中的研究應用

對于部分即打即垮的巷道,目前是掘進完后先用槽鋼護頂再發碹支護,如此支護工作量又大大增加。為此可以研究使用超前錨桿支護法。

超前支護是由超前錨桿、鋼拱架、混凝土噴層和圍巖四部分組成,形成空間整體支護結構。當巷道穿過不能自穩的斷層、破碎帶時,在掘進前,順著巷道輪廓表面預先將錨桿錨入礦巖中,使掘進工作在超前錨桿構成的假頂保護下安全進行。

施工工藝:每隔0.5 m的間距打Φ38～40 mm、孔深為2.0～2.2 m的超前錨桿孔,鉆孔與巷道軸線的夾角小于15°,注漿插入錨桿,因礦體較破碎,要在打成孔后立刻注漿插錨桿,在錨桿端部支鋼拱架,鋼拱架與錨桿端部焊接,最后在已掘進的巷道周邊噴上60～100 mm厚的混凝土。如圖6所示。

圖6 鋼架超前錨桿支護法示意圖

3.2 長錨索支護在采礦方法中的應用研究

長錨索支護是最近二十多年發展起來的一項加固巖層新技術。用于地下采場的支護,不僅可以提高采場的安全性,降低礦石損失貧化,更重要的是可以擴大地下采礦方法的使用范圍,使一些在某種地質條件下本來不適用的采礦方法也可能成為適用的采礦方法。

由于長錨索比普通錨桿長,鉆孔直徑大,錨固范圍大,因此錨桿的擠壓加固作用、懸吊作用、組合梁作用都能充分發揮,錨固力強,被錨固巖體整體性和穩定性都能得到極大的改善。用長錨索可以加固空場采礦法兩幫和頂板,例如西部-110中段F21斷層下盤礦體的回采,當回采至斷層邊界時,一幫就無法留礦繼續往上回采,若用長錨索支護礦體上盤的F21斷層,即可留礦繼續回采。對于砂頁巖礦體的回采,若事先用長錨索支護礦體及兩幫和頂板,采礦時即可使用普通充填采礦法進行回采等等。

長錨索支護的應用,可以改變一些采場傳統的頂板支護方法。在相同的地質條件下,放寬了選擇采礦方法的使用條件,擴大了某些采礦方法的使用范圍。因而長錨索支護的應用無論對采礦方法的研究還是支護都將是礦山的突破點。

4 結束語

針對井下掘進巷道施工不同的地質條件和特點,要采取科學可行的與地質條件相適應的支護方法,要以客觀為依據,不斷改變和創新,才能在施工中既保證施工安全,又能加快施工進度,本礦山在支護方面總結出了較豐富的經驗。

[1] 李井生.施工巷道過斷層破碎帶支護方法[J].煤炭技術, 2011,30(3):25-26.

[2] 汪和平,于國立,石功.鏡鐵山鐵礦不穩定巷道中的掘進支護方法[J].金屬礦山,1999,(7):16-17,35.

[3] 牛化龍.長錨索支護在國內外地下采礦中的應用[J].云南冶金,1990,(5):7-11.

Application and Promotion of a Variety of Supporting Technologies in Baoshan Lead-Zinc Mine

SHU Liang,YAN San-gang,YANG Wen-zhong
(Hunan Baoshan Nonferrous Metals&Mineral Co.,Ltd,Guiyang424402,China)

Hunan Baoshan nonferrous metals mineral limited liability company is a long history mining enterprise in the zinc-based multi-metal mining operations.With the mine open-pit mining and shallow deposits depleted,mines and mining potential to open up the main roadway have entered the deep.As the complexity of mining rock,including much sandstone and shale,skarn,porphyry which are unstable coupled with the size of faults and fissures, the roadway support has become the primary solution to the problem of develop and adopt standard engineering.After years of exploration,experimentation,Baoshan mine has formed a variety of different rock support methods,and the supporting technology is more mature.

support pattern;soft rock houses;bolting with wire mesh;immediate support

TD353

A

1003-5540(2012)01-0001-04

舒亮(1988-),男,助理工程師,主要從事采礦技術工作。

2011-12-08