九頂山銅鉬礦軟巖巷道錨噴網支護研究*

于少峰，陳紹洪，韓 斌

(1.北京科技大學 金屬礦山高效開采與安全教育部重點實驗室，北京 100083;2.云銅集團 彌度縣九頂山礦業有限公司，云南 彌渡 675600)

1 引言

錨噴網支護，是指聯合使用錨桿、鋼筋網及噴射混凝土或噴漿為主要支護手段，使支撐結構與圍巖緊密貼合起來共同作用，防止巖體風化及石塊剝落，改善接觸面巖體的抗拉性能從而調動并充分利用天然圍巖的自身承載能力，有效地支護松散破碎的軟弱巖層，以達到提高巷道及圍巖穩定性的目的［1-2］。錨噴網支護技術是目前礦山開采中最常見的井巷支護形式之一，與其它支護方式相比，其以支護效果好、強度高、施工速度快、成本低等優點得到越來越多的應用。

2 工程地質

九頂山銅鉬礦礦區地層為志留系上統，礦體產狀為走向N73°W，傾角35～48°，含礦層為花崗斑巖，其構造形態復雜，礦巖分界線不明顯，礦巖受強烈的擠壓及熱液蝕變作用，巖石變得十分破碎，節理裂隙極為發育，加上花崗斑巖為脆性以及在水的作用下易軟化，因此破碎帶中的花崗斑巖呈散體狀，局部地區呈泥狀，礦巖穩固性極差。礦山原有支護方案，是利用焊接工字鋼聯合原木共同支撐巷道，但是這種支護成本非常高(達到5800 元/m)，且對軟弱泥化圍巖支護效果不佳，經常發生工字鋼彎曲、斷裂及巷道垮塌等現象。為解決該礦支護難題，在對九頂山軟弱巖體現場調查和膨脹成分分析的基礎上，結合礦山的生產情況，選擇在五中段二盤二穿2P213 測點附近15m 范圍內松散、破碎但涌水量較小的花崗斑巖巷道中進行錨噴網支護試驗。

3 錨噴網支護參數與施工

針對九頂山花崗斑巖松散、破碎，本身自穩能力較差，在不支護的情況下完全不能自穩的特點，提出采用噴錨網支護巷道以改善圍巖應力狀況、抑制圍巖變形和減小塑性區范圍，從而增強巷道的安全指數，提高圍巖自承能力。為滿足支護效果［3-5］，設計采用長度為1.8m、間排距為0.75m(頂弧為0.5m×1.0m)的錨噴網支護，其設計如圖1。

3.1 樹脂錨桿支護參數

(1)樹脂錨桿技術要求如表1。

表1 樹脂錨桿規格

(2)樹脂錨桿安裝方法

錨桿孔直徑為φ32 -φ35mm;錨桿孔深1.75m，不得超過1.8m，也不得低于1.7m;將3 卷錨固劑放入錨桿孔內，之后將樹脂錨桿插入孔內，用氣腿式鑿巖機帶動錨桿一邊旋轉，一邊將錨桿插入孔底，要求樹脂錨固劑自開始攪拌至裝入孔底的總時間不得超過30s，也不得少于20s。攪拌完畢后，在60s 內不要使錨桿桿體移動，否則影響錨固強度;等待時間過后即可上托盤和螺母，錨桿托盤應壓緊鋼網，并緊貼巖面;攪拌工具根據現場動力等條件，也可采用TJ -9型風動攪拌機或氣腿鑿巖機加連接頭施工。

(3)樹脂錨桿拉拔力

要求樹脂錨桿拉拔力應大于15t;且樹脂錨桿拉拔力監測率為3 根/100 根。

3.2 噴射混凝土支護參數

(1)材料選擇

①水泥:采用32.5 級普通硅酸鹽水泥;②砂石:噴射混凝土用砂石，采用單軸抗壓強度不低于70MPa 的巖石做原材料;噴漿用骨料級配如表2;③干粉速凝劑:其技術參數要求如表3。

表2 噴射混凝土骨料通過各篩徑的累計重量百分數(%)

表3 干粉速凝劑技術要求

(2)抗壓強度檢測

噴射混凝土單軸抗壓強度要求為20MPa;檢查混凝土抗壓強度所需的試塊應在工程施工中抽樣制取;每噴射100m3混合料，必須要做一組單軸抗壓強度試驗，每組試塊不得少于3 塊;單個試塊尺寸為:100mm×100mm ×100mm;噴射混凝土抗壓強度合格條件為:

為確保混凝土與巷道圍巖可靠粘附，最終確定混凝土漿液配合比為:水泥與砂石重量比為1∶4～1∶4.5;水灰比為0.40～0.45，砂率為50%～60%;速凝劑摻量3%。

3.3 鋼網參數確定

(1)鋼網技術要求如表4

表4 鋼網技術標準

(2)鋼網安裝要求:鋼網距離地面的高度不得大于0.5m;鋼網與鋼網之間應相互搭接，并互相勾連為一個整體;鋼網應盡可能緊貼巖面，要求噴射混凝土須完全覆蓋鋼網。

3.4 錨噴網支護施工技術

由于花崗斑巖極為松散、破碎，因此試驗段遵循軟巖中“短掘短支”的方式進行施工，每循環進尺1.3m，除渣后即依次開始打錨桿、掛網及噴射混凝土。首先進行錨桿安裝:為了施工安全，每個斷面在頂部多打兩顆錨桿，為每排13 顆錨桿;其次進行鋼筋網安裝:掛網時要求其與巷道壁嚴密接觸，兩張鐵絲網之間搭接不小于1～2 個網格(10cm);最后進行噴射混凝土:混凝土與圍巖的粘附效果非常重要，是發揮錨噴網支護效果的基本保證，其人員作業質量直接關系到整個施工效果，因此一定要按照設計進行施工。

3.5 收斂變形監測分析

于2012年6月3日開始巷道錨噴網支護。施工過程中即開始收斂變形檢測工作直到2012年11月25日。重點對五中段二盤二穿施工巷道兩幫變形情況及頂部下沉情況進行長期和系統的現場監測［6-7］。15m 試驗巷道中央位置相距7m 選取兩個斷面Ⅰ、Ⅱ作為試驗水平，每個試驗水平監測采用三角形布置，在巷道兩幫及頂部各布置一個監測點，變形測量時測出1#、2#、3#測線的數值，即可得出巷道兩幫的變形情況和換算出頂部的下沉情況;此次監測設計如圖2。將獲得數據資料整理如表5。

圖2 巷道變形監測測線布置示意圖

表5 變形監測數據記錄表

經origin 軟件分析如圖3。

圖3 巷道收斂變形分析

分析可知:

(1)曲線在前60 天內變化較陡，巷道變形由約7mm 加速降低至3mm;隨著時間及開挖面的推移，曲線逐漸變緩慢，并在100 天后逐漸降低，保持0.1mm基本不變;這是由于經過初始錨噴網支護后，圍巖仍然處于高彈性應力狀態，彈性模量較大，會對錨噴網支護層產生較大的壓力，此時變形會在一定范圍內變化較大;而隨著時間推移，巖體內部應力得到釋放后，不足以抗拒錨噴網支護層提供的支撐力，此時變形會逐漸降低到一個穩定值，趨于零;

(2)水平即3#測線收斂較1#測線及2#測線收斂值大，這是由于九頂山銅鉬礦水平應力大于垂直應力，且相鄰采場在測試期間正在開挖一條巷道，應力產生了轉移。

4 應用效果

試驗巷道采用錨噴網支護技術后，掘進支護施工的安全性得到顯著提高，試驗巷道經受住了回采考驗，除部分區段存在噴層開裂和較小變形外，無圍巖垮塌、掉落礦石碎塊、片幫等現象，穩定狀況良好;支護工效比采用架設工字鋼支護提高了24.5%，每米巷道支護時間由5h 減少為3.5h，支護費用節省30%以上。

5 結論

(1)結合地下水的處理，在九頂山銅鉬礦五中段二盤二穿進行了錨噴網支護試驗，分析了九頂山銅鉬礦巷道支護存在的問題，并最終提出了混凝土+樹脂錨桿的支護方案，并確定了技術實施方法及要求;

(2)采用錨噴網支護技術加固巷道，錨噴網支護后，巷道完整良好，沒有變形、碹體脫落、片幫現象;

(3)采用錨噴網加固技術，有效加固了松散破碎巖體，極大改善了巷道穩定性，有效處理了礦山涌水及冒頂難題，使得風化花崗斑巖中掘進能夠進行。現場試驗確保了所提出的處置對策合理。經過現場工業試驗的驗證，取得預期錨噴網支護效果。

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