安徽李樓鐵礦巷道掘進聯合支護方案

陳鵬剛　龐明海

(五礦礦業(邯鄲)礦山工程有限公司)

目前，巷道支護類型主要有3類，第1類為被動支護形式，包括鋼筋混凝土支架、金屬鋼支架、料石碹等；第2類以各類普通錨桿支護為主，旨在改善巷道圍巖力學性能的積極支護形式，包括素噴支護、錨噴支護、錨網噴支護、雙筋條支護等；第3類以高強預應力錨桿和注漿加固為主的積極主動加固形式，如錨索加鋼帶支護、注漿錨桿支護，能夠明顯改善破碎巖體的力學特性，具有支護結構整體性好、承載力高、支護效果好等優點[1-5]。

在地下金屬礦采礦工程中的巷道以中、大斷面為主，沿脈巷道掘進工程的質量及圍巖的安全狀況直接關系到全礦的安全生產，巷道開挖質量以及后續支護工程質量直接影響著后續工作的順利進行。因此，提高沿脈巷道的掘進質量和支護質量對于加快礦山基礎建設進程具有重要意義。本研究以安徽李樓鐵礦為例，針對該礦巷道圍巖特征，通過綜合應用素噴、錨網噴、錨網噴+錨索鋼帶、金屬拱架嗣后對開木充填等工藝，對巷道掘進聯合支護方案進行設計。

1　工程概況

李樓鐵礦為一大型鐵礦床，礦石類型為石英鏡鐵礦[6-7]。礦體底板巖性主要為含閃石云母白云石大理巖，局部為黑云斜長片麻(變粒)巖；頂板巖性主要為含閃石云母白云石大理巖，局部為黑云斜長片麻(變粒)巖和云母石英片巖，部分巖石因壓碎和蝕變作用，形成了糜棱巖化綠泥質片巖夾層。巖石的物理力學參數如表1所示。

表1　李樓鐵礦巖石物理力學參數

該礦礦體與頂底板及夾石界線清楚，有時出現礦體與圍巖或夾石呈條帶狀交替互層過渡，從而造成礦體在頂底板及夾石附近出現貧化現象。沿脈巷道走向與巖體裂隙基本一致，擠壓破碎帶節理發育，局部破碎。施工區域的巷道左幫及頂板的主要危巖種類有節理面交叉形成的人字形結構、層理大塊危險結構以及大厚度危巖，受地壓和放炮振動的影響，巷道圍巖出現裂隙，有掉落危險。

2　聯合支護方案原理及施工工藝

2.1　方案原理

沿脈巷道支護方案需要依據巖體的破碎特征進行設計，本研究根據李樓鐵礦巷道圍巖狀況設計出的聯合支護方案包括如下4種工藝。

(1)素噴。噴射混凝土層對巷道圍巖表面進行封閉，從而完全隔絕空氣、水與圍巖接觸，可以有效防止風化潮解而引起的圍巖破壞與剝落；同時，由于圍巖裂縫中充填了混凝土，使得圍巖裂隙深處原有的充填物不致因風化作用而降低強度，也不致因水的作用而使得原有的充填物流失，使得巷道圍巖保持原有的穩定性和強度[8-10]。巷道圍巖整體性良好，偶爾有小斷層，結構面不發育，以原生節理為主，無泥質充填時可以采用素噴工藝支護，局部偶爾搭配錨桿支護。素噴支護工藝主要應用于巷道圍巖為礦石的出礦巷道及出礦進路。

(2)錨網噴。錨桿可以穿過數組不連續面，可有效防止或減少不連續面移動，另外錨桿可以起到懸吊作用，防止松散巖塊脫落；網片可以將已經脫落的巖塊兜住。注漿錨桿可以改變圍巖松散破碎結構，提高其黏結力、內摩擦角以及圍巖的整體性。巷道圍巖呈塊狀結構或碎裂鑲嵌結構，受構造影響嚴重，節理發育，或巷道圍巖受地壓和放炮振動的影響，頂板圍巖破碎，有掉落危險時，可以采用錨網噴支護。如李樓礦區-325～400 m水平北盤沿脈巷道走向與巖體裂隙基本一致，擠壓破碎帶節理發育，局部破碎，該區段適宜采用錨網噴支護。

(3)錨網噴+錨索鋼帶。錨索可以將預加的張拉力傳遞至深部較穩定的巖層，在縱向上將大塊與圍巖形成整體，鋼帶在橫向將大塊與圍巖形成整體，錨網噴可以有效防止小塊巖石掉落，確保巷道安全。當巷道圍巖裂隙發育，破碎，易出現楔形滑面或圍巖出現大塊，可能發生圍巖失穩或需對頂板圍巖提供較大支護力時，可以采用錨網噴+錨索鋼帶支護工藝。

(4)金屬拱架嗣后對開木充填。U型拱架支護作為一種被動支護，抗拉、抗壓強度較高，具有良好的韌性，可以有效承載開挖巷道產生的早期荷載，有效控制圍巖進一步變形與松弛，最佳的受力狀態是壁后充填密實對開木，使其均勻受壓。拱架支護適用于地壓較大、地壓不穩定和圍巖變形量大的巷道，如李樓礦區-425 m水平北下盤巷、-375 m水平北沿脈巷道。當沿脈巷道頂板形成的人字形大塊等高厚度危巖的長度超過10 m，厚度為0.5～1.5 m時，錨索等支護工藝已經無法提供有效的支護力，需要采用金屬拱架嗣后對開木充填工藝來進行支護。支架柱腿間距一般不大于1 m，柱腿之間用金屬拉桿通過螺栓、夾板等互相拉緊，以加強支架沿巷道軸線方向上的穩定性。

2.2　支護施工工藝流程

2.2.1素噴

首先拆除作業面障礙物，清除開挖面的浮石、泥漿、回彈物及巖渣堆積物；噴漿開始時，先開風后給水、給料，噴射作業應分段、分片進行，采用自上而下螺旋式噴射順序；噴嘴與受噴面應垂直，噴嘴與受噴面的距離不宜大于1.5 m；噴射時應控制好水灰比，保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤；噴漿結束時，先停料，待料用完后再停電，最后關水停風。

2.2.2錨網噴

錨網噴工藝流程如圖1所示。

該工藝的施工要點為：①鉆孔，鉆孔采用氣腿式鑿巖機，鉆孔深度宜略小于錨桿設計長度，鉆孔完畢后，打開高壓風吹孔，將孔內因鑿巖產生的巖石粉末及碎渣吹出； ②安裝樹脂錨桿，首先向孔內塞入3卷樹脂藥卷(錨固劑)，送至孔底，然后將樹脂錨桿(桿體為φ18mm圓鋼)插入孔內，攪拌樹脂膠，在錨索外露部安裝托盤及螺母，完成樹脂錨桿安裝(沿脈巷道支護必須采用永久支護方式，故而一般不采用開縫錨桿)。該工藝的支護效果如圖2所示。

圖1　錨網噴工藝流程

圖2　李樓鐵礦-400 m水平北沿9-3采場口

2.2.3錨網噴+錨索鋼帶

錨網噴+錨索鋼帶的工藝流程如圖3所示。

圖3　錨網噴+錨索鋼帶工藝流程

該工藝的施工要點為：①鉆孔，鉆孔采用錨索機，鉆孔深度宜略小于錨索設計長度，鉆孔結束后，用1根聚乙烯管復核孔深，并開高壓風5 min后遮蓋孔口； ②安裝錨索，首先向孔內塞入3卷樹脂膠，然后用錨索機將錨索螺旋插入孔內，攪拌樹脂膠，錨索到底后，在錨索外露部安裝鎖具。

2.2.4金屬拱架嗣后對開木充填

金屬拱架嗣后對開木充填工藝流程如圖4所示。

圖4　金屬拱架嗣后對開木充填工藝流程

安裝金屬拱架時應檢查預支護部位巷道的中線和高程，在巷道兩幫標定拱架位置，拱架形成的斷面應垂直于巷道中線方向，確保豎向不傾斜、平面不錯位，不扭曲垂直度允許偏差為2°。同一拱架兩側柱腿下端應在相同水平面內，相對應的拱架柱腿應與巷道中線方向垂直。當拱架柱腿位置的底板處于軟弱地段時，在柱腿位置的底板加設槽鋼基座以增加底板承載力，槽鋼基座應與拱架焊接牢固。預支拱架的柱腿通過對開木與已經支設后的拱架縱向固定牢固或與已支護的錨桿固定牢固，以防預支拱架倒塌。拱架架設完畢并經過驗收合格后，方可進行掛網噴漿作業。該工藝的支護效果如圖5所示。

圖5　李樓鐵礦-400 m水平北盤沿脈巷道

3　結　語

針對李樓鐵礦井下巷道圍巖特征，為有效控制巷道圍巖穩定性，設計了包含素噴、錨網噴、錨網噴+錨索鋼帶、金屬拱架嗣后對開木充填等工藝的聯合支護方案，并詳細討論了支護施工工藝流程。支護方案實施后，巷道圍巖穩定性得到了有效控制，冒頂片幫事故的發生頻率顯著降低。本研究認為隨著礦山地層條件的變化，單純錨桿支護或噴射混凝土支護工藝無法有效滿足巷道安全要求，應將傳統單一支護方式逐漸過渡為多種工藝相結合的聯合支護方式，方可有效控制巷道圍巖變形，確保礦山安全生產。

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