某金屬地下礦山灰巖破碎巷道支護方案比選

張明新，陳廣瑞，劉金濤

（河鋼集團礦業公司司家營南區礦山分公司，河北 唐山 063700）

在進行地下礦山支護工作時需要通過各種因素的研究來進行方案的確定，例如實際的礦山地質情況等，因此需要以相同地質情況為前提來分析不同支護方式所帶來的效果。

1 某金屬地下礦山地質狀況

該金屬地下礦山地質主體為碳酸鹽巖體工程地質巖組，主要由灰巖構成，由于礦山地質的構成原因，其主體巖心的質地比較脆而容易破碎。在對該金屬礦山進行開發利用的過程當中，加上實際變化當中由于閃長巖巖脈出現多次穿插情況的影響礦山中巖體脆弱易碎，而且裂隙與巖溶不斷發育，使得裂隙之間充滿了包含泥質土壤在內的填充物，礦山巖體也出現了由青色灰巖、灰白色閃長巖以及暗紅色泥質填充物質三種物質互相交錯穿插的現象，并且在不斷地被侵蝕過程中加之風化的影響巖體在遇到水之后出現了膨脹積壓變形的情況。

2 被動支護與主動支護

被動支護方式中關鍵環節是支護主體與礦山巖體之間需要存在的一段間隙并且要利用相應的材料將其密實充填，這樣在礦山巖體開始變形的初期階段中支護主體能夠將抵抗巖體變形的力達到最大的限度，但是這只是預期的目標，在真正的方案實施情況中往往不能夠滿足理想中的要求，達不到理想中的目標，原因是在礦山巖體在出現變形的初級階段支護主體在處于初期支護階段中就開始受到一定的破壞，而在后續礦山巖體變形程度逐漸變大變形力逐漸增大的情況下就會使支護主體在巨大的外力作用下被壓裂或壓垮，進而使支護效果大大削弱[1]。

主動支護方案如管縫式錨桿、砂漿錨桿、錨噴網支護等應用于該金屬礦山中時，與被動支護方案相比最明顯的特點就是在支護主體在其對礦山巖體進行支護的初期階段就已經與其接觸或者與礦山巖體相結合組成共同支護主體，這種方式能夠主動與巖體變形力相抵消，進而使巖體變形力逐漸削弱或者慢慢釋放，從而減小了由于巨大的變形力而導致的支護主體被破壞的情況，實現理想中的支護目標[2]。

3 支護方案比選

選取金屬礦山中地質狀況類似的三段巷道進行初步的方案確定：①混凝土支護方案②錨噴網支護方案③噴射混凝土與砂漿錨桿相結合的方案。

（1）混凝土支護方案。本次金屬礦山混凝土支護方案中的混凝土強度等級采用的是C25級別，并將其澆注成厚度達250mm，該強度等級的混凝土主要原材料的配比為水泥：水：砂：石子=1：0.48：1.52：3.23，其中的砂應該使用中砂，并且細度模數在2.3～3.0之間，含泥量不大于3%；采用的石為碎石，直徑控制在5mm～40mm之間，含泥量不大于1%，吸水率不大于1.5%；水泥采用復合硅酸鹽水泥；水需要采用井下天然潔凈水。為了能夠在實際的支護過程中以連續的方式進行澆注工作，需要在支護現場配置一定數量的攪拌機、振動棒、移動配電箱、混凝土試塊模等關鍵設施設備以備不時之需，此外也許另外配備相關的水泥、砂、石、灰槽、鋼模板等施工材料和工具。在振搗混凝土的過程中需要對其進行分層處理來進行振搗，并采取快速插入、緩慢拔出的方式直至混凝土不再沉落以及不再冒氣泡；進行噴水養護時，時間必須大于或者等于7天。

（2）錨噴網支護方案。在錨噴網支護方案中，所用的混凝土的強度等級為C20級別，厚度為152mm，砂漿錨桿的長度控制在1.5m左右，砂漿等級為M20級別，砂漿錨桿之間的排距為0.9m×0.9m，采取菱形鋪設的形式進行布局，鋼筋網之間的距離保持在150mm。在配置C20強度級別的混凝土時相應的原材料比例為水泥：砂：石=1：2：2，水灰比為0.4～0.5之間，其中的水泥和采用復合型硅酸鹽水泥，砂可采用干凈的中砂并且直徑需要小于2.5mm，砂的含泥量應當不大于3%。在制作砂漿錨桿時，主要的錨桿主體可以采用HRB400型號的鋼筋作為桿體，直徑需要滿足32mm的要求，在鋼筋用于制作錨桿桿體之前需要對其進行平直、除銹、除油等操作以保證在使用鋼筋時能夠達到更加良好的效果，制作出的砂漿錨桿的抗拔強度需要滿足不低于5t/根的要求，在砂漿錨桿應用于實際支護主體當中時需要垂直于礦山巖體表面，其錨固深度以及各砂漿錨桿之間的距離需要根據具體的礦山巖體結構以及支護工程總體的跨度來確定。在實際的水泥砂漿攪拌的過程中應當保證砂漿經過充分的攪拌以使其達到均勻的效果，并且要隨用隨拌，隨拌隨用，保證攪拌均勻后的水泥砂井能夠在其開始凝固之前就將其用完，以避免因砂漿凝固而帶來的資源浪費，并且在攪拌過程中應當盡量避免有雜物或者石塊混入水泥砂漿當中。在水泥砂漿緩慢注入的過程當中將注漿管到慢慢勻速的抽出，砂漿錨桿的桿體需要有效的插入錨桿孔中心部位，如果在注入砂漿的過程中錨桿孔不再有水泥砂漿溢出應當及時進行補注。

鋼筋網在設計時應當選用HPB300型號的鋼筋，主筋圓鋼的直徑需要滿足10mm的要求，副筋圓鋼需要滿足直徑為8mm的要求，主筋在布局時需要沿巷道橫截面方面進行布置，副筋則需要沿巷道走向進行布置，鋼筋之間的距離應當保持在150mm左右，鋼筋網的搭接長度需要滿足鋼筋直徑的20倍的要求，此外支護現場所需要的設施設備以及施工工具同樣需要準備成分，防止出現意外情況而導致現場無后備設施供支護使用。

（3）噴射混凝土與砂漿錨桿相結合的方案。這個方案的確定是在前兩個方案的基礎上的結合，實際支護中所用到的混凝土與砂漿錨桿的制作過程根據砂漿錨桿支護方案中的要求進行制作，其他后備設施同樣需要滿足上述方案中的要求。

（4）各方案中的變形點監測。三種方案的支護方式各不相同，通過采取設置監測點的方式對每個監測點一段時間內的位移大小來判斷各方案的優劣。在實際的變形點監測工作中能夠明顯得出結論，在利用第三種方案進行礦山巷道支護時，經過15天～30天內就已經出現了多出監測點位移偏大甚至出現開裂破碎的現象，證明了第三種方案不適合地下礦山灰巖破碎巷道支護工作，因此在實際的支護方案選擇時不應該考慮噴射混凝土與砂漿錨桿相結合的方案。

經過長時間的監測，第一種方案在120天后出現少量開裂破碎的現象，而在180天之后所有的監測點都出現破碎開裂現象，而在第二種方案的監測中即使是在180天之后出現了不同程度的裂縫，也沒有開裂破碎情況的發生。雖然利用第一種方案其支護的厚度比第二種方案的支護厚度增大100mm，但是前者產生的破壞更加嚴重，而且在同樣時間內出現的裂縫寬度也更大，因此二者相比之下，第二種支護方案更加適用于地下礦山灰巖破碎巷道支護工作。

4 結語

綜上所述，錨噴網支護方案的應用能夠讓金屬地下礦山灰巖破碎巷道支護工作效果更佳，質量更好，因此在針對這類巖體的金屬地下礦山可以選擇這種方案進行支護。