破碎帶巷道綜合支護技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用

姜定海，褚學(xué)超，張 建

（萊鋼集團魯南礦業(yè)有限公司，山東 臨沂276421）

巷道圍巖穩(wěn)定性主要取決于地質(zhì)力學(xué)環(huán)境、支護狀況和圍巖強度。對于應(yīng)力狀況、地質(zhì)構(gòu)造及采動影響等客觀方面的因素，采用人工措施的效果并不明顯，而是依據(jù)巷道斷面形狀、巷道支護方式和支護結(jié)構(gòu)、施工方式及質(zhì)量等，采取合理的設(shè)計和施工方式來實現(xiàn)圍巖變形控制。隨著錨桿支護理論的研究深入，圍巖的自承能力已經(jīng)被廣泛地認同，如何將圍巖作為支護體的一部分是在巷道穩(wěn)定性控制方面的研究要點。

1 上河礦段工程地質(zhì)概況

魯南礦業(yè)上河礦段受構(gòu)造和巖性影響，地質(zhì)條件差別很大，巖性繁雜，產(chǎn)狀變化大，賦存規(guī)律性差；不同巖性的巖石，其穩(wěn)固程度具有顯著差別；同一巖性的巖石，因所處地段和構(gòu)造部位不同，其穩(wěn)固程度也具有較大差別。因此，需要分區(qū)、分水平、分巖性進行詳細調(diào)查。

根據(jù)推斷的F1斷層影響范圍和揭露的巖體情況，在平面上將礦體預(yù)分為3個區(qū)，一是受F1斷層影響區(qū)，下盤為43～48線，上盤為47～51線北；二是48～57線區(qū)；三是57～62線區(qū)，主要是主副井車場及石門巷道。在縱向上，分為-50 m、0 m兩個中段。

從區(qū)域情況來看，-50 m中段巷道受F1斷層影響的范圍主要在44～48線，因此該段巷道破壞最為嚴重。巷道破壞較為嚴重的地段是55線附近的裝載硐室，其次是50、51線附近下盤巷道和主副井車場石門，其他地段巷道圍巖較穩(wěn)定。0 m水平巷道受F1斷層影響的程度大、范圍廣，48線北的下盤、石門、穿脈和51線以北的上盤巷道均破壞嚴重。其他破壞嚴重地段為55線附近和副井車場石門的局部地段。

2 巷道破壞原因分析

2.1 巖石特性

從已揭露的巖石看，由于巖性不同，巖石的礦物成分有較大的差別，相應(yīng)地巖石的物理力學(xué)性質(zhì)也相差較大。以磁鐵礦、長石為主要成分的巖漿巖類巖體較穩(wěn)固，一般情況下不進行支護或者采用噴漿支護形式即可。以斜長石、角閃石、石英為主要成分的變質(zhì)類巖石或被巖漿侵入的變質(zhì)巖類巖體穩(wěn)固性較好，但容易出現(xiàn)局部冒落的情況，對侵入巖石部位需進行加強支護。以綠泥石為主要成分的巖石和破裂嚴重的巖石穩(wěn)固性極差，需考慮整體強度及結(jié)構(gòu)的支護形式。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造也是巷道破壞變形的重要原因，巖性相同的巖石，由于構(gòu)造的影響，巖石的物理力學(xué)性質(zhì)也會存在較大的區(qū)別，圍巖的穩(wěn)固性差異較大。對本礦區(qū)巷道穩(wěn)定性影響最大的是F1斷層及派生小斷層。斷層帶由于巖石破壞縱深較大，在選擇上考慮采用錨索類的深度支護形式。

2.3 圍巖構(gòu)造面

圍巖構(gòu)造面是指地質(zhì)活動過程中受構(gòu)造影響形成的節(jié)理面、層理面及裂隙等。節(jié)理面、層理面發(fā)育的巖體在礦體上盤主要為黑云母片巖、角閃斜長片麻巖；在礦體下盤主要為黑云母片巖、角閃斜長片麻巖、角閃綠泥石片巖、綠泥化角閃斜長片麻巖等。這類巖體的破壞主要是由節(jié)理面、層理面造成。此類情況主要影響在實施支護的過程中選擇的錨固力形成方向，是支護角度選擇的關(guān)鍵因素。

3 支護設(shè)計

以支護理論、支護技術(shù)為依托，充分發(fā)揮圍巖的自身承載能力，結(jié)合本礦山的具體條件，采用錨網(wǎng)噴支護方式，包括素噴，單錨，錨噴，錨噴網(wǎng)，錨噴網(wǎng)、錨索，錨噴網(wǎng)、梯子梁，錨噴網(wǎng)、錨索、梯子梁聯(lián)合支護等多種支護形式。

3.1 錨桿支護參數(shù)

1）錨桿長度。安全系數(shù)取1.2，錨桿外露長度取0.05 m，松動圈的厚度值經(jīng)試驗平均取1.2 m，錨桿錨入圍巖松動圈外的深度為0.4 m。經(jīng)計算，錨桿長度不能少于1.98 m，實際使用長度要求2 m以上。

2）錨桿間排距。當錨桿長度為2 m時，錨桿的間排距以0.66～1.0 m為宜。

3）錨固力。根據(jù)樹脂藥卷的長度，考慮到在巖體中錨固，取錨固長度為700 mm。懸吊重量及拉力計算式為G=KγL2D2。其中：G為錨桿懸吊巖石重量，kN/根；K為安全系數(shù)，取2；γ為巖體視密度，取27 kN/m3；L2為錨桿有效長度，取1.5 m；D為錨桿間距，取0.9 m。經(jīng)計算，G=39.7 kN/根。結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定錨固力≮40 kN。

3.2 錨索支護參數(shù)

1）選取規(guī)格為φ15.24 mm的錨索，通過設(shè)計的錨索抗拉強度以及錨索與錨固劑的設(shè)計黏結(jié)強度，計算得到錨索的錨固長度為1 070 mm。

2）錨索長度按照英國的計算方法，以潛在的最大破壞高度是巷道寬度的1.5倍為依據(jù)，確定潛在破壞高度下盤巷道為6.3 m，上盤巷道為3.9 m。按懸吊作用考慮錨索長度，最小長度下盤巷道為7.6 m，上盤巷道5.2 m。施工取整數(shù)分別為8 m、6 m。

3.3 支護方案

依據(jù)確定的各種支護材料的參數(shù)，結(jié)合魯南礦業(yè)上河礦區(qū)的各不同工程地質(zhì)條件確定支護方案。

1）綠泥化角閃斜長片麻巖（綠泥化程度較輕）、角閃綠泥石片巖（綠泥化程度輕）、磁鐵礦（裂隙發(fā)育）、磁鐵礦侵入角閃綠泥石片巖、花崗角閃巖等巖體中的支護。支護方式為錨噴支護；巷道頂板錨桿間排距為900 mm×1 000 mm，幫部錨桿間排距為800 mm×1 000 mm。頂板錨桿呈扇形布置。

2）花崗巖等侵入片麻巖巖體（角閃斜長片麻巖中夾帶破裂狀偉晶花崗巖或其他巖石）的支護。①巷道局部夾層破碎的支護：采取錨桿加鋼筋梯子梁的支護方式；錨桿間排距為800 mm×1 000 mm，錨桿長度2 m，巷道壁分別敷設(shè)鋼筋網(wǎng)和鋼筋梯子梁，梯子梁鋼筋直徑為14 mm，具體大小依據(jù)局部破碎區(qū)域大小確定。②局部巷道全斷面破碎的支護：支護參數(shù)及方式如圖1所示。

3）支護圍巖主要為斷層角礫巖、斷層破碎帶、綠泥角閃巖、綠泥石片巖、角閃綠泥石片巖（節(jié)理非常發(fā)育、綠泥化程度重或F1斷層附近）、破碎狀偉晶花崗巖、破裂（碎）狀偉晶花崗巖與花崗角閃巖互侵等。支護方式：錨噴網(wǎng)、梁、錨索聯(lián)合支護；支護參數(shù)：錨桿間排距900 mm×1 000 mm，錨桿直徑φ20 mm，錨桿長度2 000 mm；金屬網(wǎng)規(guī)格1.1 m×1.2 m，網(wǎng)格100 mm×100 mm，鋼筋直徑6 mm；梯子梁鋼筋直徑φ14 mm，長度視巷道斷面和圍巖情況確定；噴漿厚度100 mm，混凝土標號C20。錨索間排距1 500 mm×2 000 mm，巷道斷面＜10 m2時，錨索采用單排布置，排距2 000 mm；巷道斷面＞10 m2時，錨索采用三花布置。支護方式如圖2、圖3所示。

圖1 局部巷道全斷面破碎支護示意圖

圖2 聯(lián)合支護剖面示意圖

圖3 聯(lián)合支護俯視示意圖

4 支護效果

錨網(wǎng)支護巷道的監(jiān)測是支護成敗的重要環(huán)節(jié)之一，現(xiàn)場監(jiān)測可以為支護參數(shù)的優(yōu)化和工程質(zhì)量的管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，更為礦山生產(chǎn)安全提供保障。根據(jù)本礦的實際情況，圍巖表面收斂監(jiān)測（表面位移監(jiān)測）主要監(jiān)測巷道頂下沉量和兩幫移近量。根據(jù)巷道圍巖表面位移值判斷錨桿支護的效果、變形情況及圍巖穩(wěn)定狀況。測點布置采用十字布點法。現(xiàn)場量測的數(shù)據(jù)整理繪制出的位移—時間曲線（u-t曲線）如圖4所示。

圖4 巷道表面收斂監(jiān)測情況

巷道在掘進后20 d左右圍巖位移量趨于平衡，起到了控制圍巖的效果，解決了-50 m以及0 m水平中段礦段北部上盤受斷層影響，導(dǎo)致回風巷道無法施工的問題。支護設(shè)計方案具有可操作性、易用性、擴展性和高可靠性，并節(jié)約材料、降低成本。