淺談徐家溝銅礦巷道支護優(yōu)化

馬成俊

西北有色七一一總隊有限公司 陜西漢中 723000

1 礦山概況

徐家溝銅礦巷道周邊30-60m厚分布著片理化細碧巖，局部侵入10多米厚的滑鎂巖（滑石菱鎂巖），下伏炭質(zhì)板巖與上述細碧巖整合接觸。滑鎂巖和細碧巖不僅節(jié)理裂隙極其發(fā)育、破碎，還含有約20%的膨脹巖[1]。礦山掘進巷道主要集中在片理化細碧巖巖性層，而且越往深部呈現(xiàn)出越破碎的跡象。

目前開拓巷道（斜井和平巷）850m水平及以下都采用120mm-160mm號的工字鋼制作的門字型鋼支架和鋼拱架，沿井巷長度方向間隔250mm左右密集支護，局部還加裝有120mm-160mm號的工字鋼鋼底梁并全斷面或除底板外的井巷斷面噴混支護，采準(zhǔn)、切割巷道采用梯形工字鋼全斷面剛支護，但是地壓嚴(yán)重顯現(xiàn)，巷道隨處可見幫臌、幫鋼梁鼓出、鋼頂梁下彎、底臌、軌道上彎、鋼梁或軌道扭曲，而且局部積水處巷道地壓顯現(xiàn)明顯加重。由于上述地壓顯現(xiàn)，每間隔半年左右，巷道、斜井都必須清底、削幫或重新支護、鋪軌，不僅嚴(yán)重增加了采礦成本，同時也影響礦石回采率。

2 巖石物理、力學(xué)性質(zhì)

徐家溝銅礦床主要巖性物理、力學(xué)性質(zhì)，見下表。

3 巷道鋼支護變形破壞分析

巷道所架設(shè)的支護要承受什么樣的荷載，原巖應(yīng)力是地下工程圍巖變形破壞的直接荷載，但它并不直接作用于支護之上，而是通過作用于圍巖起作用[2]。通常所稱支護荷載是指圍巖作用于支護體的壓力，按荷載性質(zhì)可分為松散破裂圍巖自重壓力、圍巖變形壓力和巖石的吸水膨脹變形壓力。徐家溝銅礦鋼支架變形主要如下幾個因素共同作用的結(jié)果。

3.1 普通的梯形、拱形鋼支架支護治標(biāo)不治本

巷道采用普通法進行掘進，開挖后按照正常施工工序通風(fēng)、排險、出渣、支護，破碎巖石在裸露空間時間過長，因此在時間上不能及時對圍巖的破壞進行支護作用。支護方式采用普通的梯形、拱形鋼支架支護，同時巷道頂、幫壁貼合度不夠，沒有對圍巖起到緊固的作用，受圍巖自身遇水膨脹特性和周圍巷道掘進爆破震動影響，巷道松動圈不停的擴張，破碎巖石在自重和圍巖的膨脹致力的作用下，使鋼支架承載力不斷加大，直至鋼支架變形破壞[3]。

3.2 圍巖變形壓力隨著時間而增加

圍巖松動圈是變形壓力的根源，采用普通巷道掘進的爆破震動對破碎圍巖的傷害比較大，隨著時間的增加，暴露巖體強度不斷下降，松動圈將進一步擴展，圍巖中所產(chǎn)生的破壞縫多，變形量就大。在松動圈發(fā)展過程中，靠近巷道表面的破壞縫在深部松動圈擴展所產(chǎn)生的變形壓力的作用下，裂縫的擴張程度會加大，作用在鋼支架的變形力不斷加大致使鋼架發(fā)生變形破壞。

3.3 巷道生產(chǎn)水對支護變形破壞起到加速催化作用

徐家溝銅礦采用中深孔崩落法，中深孔鉆機采用風(fēng)動、水冷卻鉆頭，因此在施工中深孔時所需水量比較大，生產(chǎn)水隨著圍巖裂隙、節(jié)理、斷層不斷的滲透，致使圍巖膨脹變形，而且速度越變越快，膨脹力超出鋼支架承載能力，鋼支架變形破壞[4]．

4 巷道支護方案優(yōu)化

通過上述原因分析，有針對性的對巷道支護方式進行優(yōu)化，從圍巖產(chǎn)生變形源頭上抓起，從根本上進行改變巷道支護變形現(xiàn)狀。

（1）巷道掘進采用普通施工法，鉆孔施工時采用濕式作業(yè)，控制好鉆進水流量，降低生產(chǎn)水對圍巖的破壞，同時減少生產(chǎn)用水浪費。施工斷面為三心拱，采用光面爆破，多打眼、少裝藥、降低爆破震動對圍巖的破壞。

（2）減短裸露巷道暴露時間，采用機械加強通風(fēng)，減短排煙時間，加快出渣進度。

（3）對新掘進裸露巷道采用全斷面噴射50～80mm厚的混凝土封閉處理，對巷道做前期基本耦合支護。阻斷新掘進圍巖與外部空氣中的水接觸形成保護層，具有一定的抗壓能力，同時充填巷道斷面不平整，減少松散圍巖裂隙進一步位移量。

（4）待變形地壓釋放、變形基本穩(wěn)定、噴混體還未出現(xiàn)破裂縫之前，采用預(yù)應(yīng)力樹脂錨干（帶托盤）和鋼條網(wǎng)支護聯(lián)合支護，并對錨桿予以應(yīng)力。由于施工巷道凈規(guī)格為2．5m×2．5m（寬×高），因此采用錨桿長度為2．2m，錨桿排距為0．8-1．0m。鋼條網(wǎng)采用直徑16mm鋼筋焊接，規(guī)格為成0．2m×0．2m×2．6m條形網(wǎng)。

巖石物理性質(zhì)

巖體力學(xué)參數(shù)表

（5）錨網(wǎng)支護后再等到變形基本穩(wěn)定后，再噴射50-80mm厚的混凝土永久封閉。

（6）對支護完成的巷道進行位移觀測。

5 噴錨（樹脂錨桿）網(wǎng)聯(lián)合支護優(yōu)點

（1）巷道開挖后進行噴漿處理，阻斷外部水對圍巖的作用，防止水的滲透導(dǎo)致圍巖膨脹。

（2）在巷道開挖以后，圍巖初始位移量非常大。巷道開挖后及時安裝樹脂錨桿，并施加一定的預(yù)應(yīng)力，提高圍巖承載力，與圍巖形成一個整體，能控制圍巖的初始位移量，而且樹脂錨桿可以在高應(yīng)力破碎巖體中形成高強度粘接力。巷道周圍2．4m范圍內(nèi)的圍巖起到緊固，有效的遏制松動圈的擴展[5]。

（3）采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護支護將巷道周圍圍巖緊固，降低圍巖裂縫的變形膨脹，有效的減緩了圍巖變形壓力。

（4）錨網(wǎng)支護以后，采用樹脂錨桿、鋼筋條網(wǎng)與圍巖形成擠壓拱，該擠壓拱能承受巷道開挖以后形成圍巖的壓力，在巷道圍巖來壓以后，整個壓縮拱形成一個共同承受圍壓壓力。

（5）噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護節(jié)約支護材料費用，降低巷道掘進成本。

6 結(jié)語

錨桿的力學(xué)特性是錨桿與圍巖相互作用的結(jié)果，是錨桿的約束圍巖變形的實際工作狀況的力學(xué)反映。高壓力噴射混凝土是阻隔圍巖與空氣接觸，同時提高圍巖的抗壓強度。采用高預(yù)應(yīng)力錨桿（樹脂錨桿），能夠立即對圍巖施加足夠的預(yù)應(yīng)力，不僅能夠阻止圍巖地初始變形，還能消除錨桿自身的初始位移，而且能給圍巖施加一定的預(yù)緊力，是巷道圍巖的受拉截面拉應(yīng)力降低。錨桿給圍巖施加一定的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力大大提高了圍巖的抗剪切強度。進而避免了巷道圍巖過早的出現(xiàn)裂縫，減緩圍巖的弱化。噴漿、錨桿和鋼條網(wǎng)相結(jié)合，形成整體結(jié)構(gòu)，噴錨網(wǎng)支護以后的圍巖，其抗壓、抗拉、抗剪以及殘余強度均有提高，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。形成壓縮拱結(jié)構(gòu)，共同維護巷道圍巖的穩(wěn)定性。該支護方法很適合目前徐家溝銅礦高應(yīng)力破碎巖體中巷道支護。