淺析錨噴網聯合支護在礦山巷道中的應用

韓喜斌

(甘肅省核地質二一二大隊核工業武威工程勘察院，甘肅武威733000)

1 概述

甘肅省嘉峪關市某礦山，平均海拔2800m，高寒缺氧，環境惡劣，工作區地形高陡、氣候寒冷、空氣相對稀薄，植被稀疏，自然地質環境十分惡劣。因常年風化，礦物運輸巷道出露基巖局部地段有掉石現象，根據現場踏勘和地質情況結合，采用錨噴網聯合支護對破碎區域進行加固處理，根據后期現場運行監測，處理效果良好。

2 地質概況

根據現場踏勘及勘察報告顯示，本礦區為千枚巖，主要以鈣質千枚巖為主，呈灰綠—暗綠—黑灰色，巖石成分主要由石英、綠泥石、絹云母、方解石及少量的碳酸鹽礦物等組成，局部夾透鏡狀大理巖和石英巖，分布較廣，抗風化能力差，圍巖為Ⅳ類，軟巖，較破碎。

3 運輸巷道特征說明

該礦山巷道寬5m，在硐口至岔道方向：163~175m、190~220m、230~260m、290~300m，岔道至2#溜井方向：460~470m，1#溜井至岔道方向：160~140m、130~120m、90~70m、20~15m處千枚巖成碎塊狀，有長期有掉石現象，根據設計方案采用錨噴網聯合支護（即錨桿+金屬網+噴射混凝土）。

4 巷道設計參數

錨桿采用粘結型端頭錨桿，錨桿長度4m，直徑?14mm的HRB400螺紋鋼筋，錨桿孔徑50mm，錨固劑使用RH-2000型樹脂錨固劑，抗拉強度大于60MPa,選用樹脂錨固劑是因為比水泥錨固劑凝結速度快，施工效率高，安全性好。且樹脂錨固劑施工不受人力影響，安裝時，只要采用機械攪拌，攪拌時間符合規范，錨桿的安裝質量是可靠的，而水泥錨固劑的親水時間難以控制，質量不易保證，且價格優于水泥錨固劑[1]。

金屬網采用?4mm鍍鋅鐵絲編制的200mm×200mm的菱形網。噴射混凝土使用硅酸鹽水泥，強度為42.5級，砂為中砂，石頭為粒徑不超過12mm的河卵石，頂拱厚度10~15cm，兩邊墻厚度20~25cm,由于頂部噴漿難度大，厚度太大容易掉落，所以要比兩邊墻稍微薄些。巷道設計圖如圖1所示。

圖1 道設計剖面圖（單位：m）

5 錨噴網聯合支護的技術要求

眾所周知，礦山巷道錨噴網聯合支護施工難度大，技術要求高，尤其是高海拔地區不可預測因素多，晝夜溫差大，對于混凝土施工更是一種考驗，要結合礦山生產，使得施工周期難以保證。

（1）因巷道建成年代已舊，且在第一次開挖挖成后未進行初次支護，處于基巖外露狀態，未及時圍巖封閉，圍巖初始應力破壞嚴重，巷道開挖形成坑洼面大而且多，鋪網難度較大，所以應先對巷道施工面清理，并用高壓空氣清理和高壓水清洗，在對施工面使用水泥砂漿噴射填平處理，等水泥砂漿達到一定強度后在施工錨桿、掛網和噴射混凝土。

（2）錨桿為自制錨桿，?14mm的HRB400螺紋鋼筋，主要由錨桿桿體，錨固頭、托板等組成，該巷道圍巖為Ⅳ類軟巖，較破碎，粘結型端頭錨桿適用效果較好，質量有保證，且錨固劑粘度低，錨桿能快速穿過錨固劑，只需等待10~15s即可。根據多地區施工經驗，粘結型端頭錨桿在礦山軟巖巷道施工優于其他類型。由于錨桿受長期的圍巖的變形擠壓，使得錨桿與圍巖的接觸更加緊密，摩擦力也有所增大，錨桿的整體受力逐步提高，整個錨固效果更好。

（3）樹脂錨桿的錨固力總是大于桿體強度極限值，設計不同的錨固長度均能達到可靠的錨固效果，大量錨固力檢測結果，都是桿體延伸或螺紋拉斷，錨頭不動或有很少位移，實踐證明錨固可靠性極高[1]。樹脂錨桿適用范圍廣，對各類巖石和錨桿都適用，安全可靠，操作也簡便快速，價格合理，質量有保障。

（4）本工程使用菱形網，網格尺寸較小，與錨桿結合攔截分化碎石，防止巖塊和碎石掉落，對下部行人和生產起保護作用，因為菱形網強度較高，便于連接，施工方便，與混凝土能更好的聯結，致使外面噴射混凝土的極限荷載有所增加，也增加了外層噴射混凝土的強度和穩定性，便于加工和運輸，成本比鋼筋網低，便于彎曲，易與巷道的現有形狀緊密結合。與錨桿配合能抵抗一定的圍巖壓力。菱形鍍鋅鐵絲網選擇從頂部向兩側安裝，有利于頂部網的平整和施工。使剛性混凝土面變為柔性機構。

（5）噴射混凝土比例為1∶2∶2，使用潮式噴射法，因為潮式噴射法對空氣污染小，適合巷道這種空氣流通差、空間小的區域，操作簡單，上手容易，以壓縮空氣為動力，在噴嘴處混合料與高壓水結合噴射到巷道面，在混凝料里加入適量的速凝劑，這種噴射法回彈量和粉塵都小，符合綠色施工要求。噴射作業應分段分片進行，噴射順序應從下而上，噴射面應預先濕潤，清除松石、浮渣和塵埃，對空洞、凹穴，較寬裂隙噴射混凝土填充，噴嘴與被噴面的距離要保持在1.5m左右[2]。

潮式噴射法比起常用的干式噴射法，在經濟性和環保性上都有優越性，減少整個施工造價，對施工人員的保護性也好，且現場空壓機供風量也充足方便，能做到隨時施工隨時使用，在工期的保證上也能起到關鍵作用。跟濕式噴射法比較，即能降低造價，又能保證拌合材料的運輸距離。

噴射混凝土的作用就是與破碎圍巖緊密結合，在破碎區及時噴射施工，將破碎圍巖加以封閉，阻止空氣、雨水等對巖體的不利影響，對圍巖強度的下降起重要作用，達到間接提高圍巖強度的目的。噴射混凝土還能填平圍巖表面的坑洼面，形成一個易于施工的光滑曲面，減弱圍巖表面因坑洼引起的應力集中現象，防止因應力集中造成的圍巖破壞。

（6）軟巖錨桿支護，錨桿形成的錨固層組合拱是支護的主要承載結構，也在礦山巷道的支護中起主導作用，噴層和金屬網的作用是維護該組合拱的存在，防止它因巖塊冒落而失效。對于錨桿間松弛區的巖石，必須使用噴層和金屬網予以支護，軟巖巷道圍巖變形量大，脆性的噴層很快會開裂破壞，金屬網的鋪設，不僅可以防護錨桿間的碎石，提高噴層的抗變形能力，而且又將多個單個的錨桿連接成一個整體的錨桿群，增強了錨桿支護的整體穩定性，同時也使錨桿間松弛的圍巖部分進入支護狀態[1]。

（7）錨桿托板采用鋼板托板，規格為200mm×200mm×10mm,托板作為錨桿體系的重要部件，要與整個錨桿的受力狀態相匹配，才能保證整個錨桿的穩定性。

（8）巷道錨桿群、混凝土噴面和菱形鐵絲網組成一個整體，形成一個自承拱。整個工程要防止局部錨桿的破壞，因為隨碎石塊的掉落，錨桿的局部破壞失穩，錨固力遭到破碎，引起整個錨固體面的破壞失效。

（9）圍巖變形是圍巖力學形態變化最直接體現。它不僅直接反映了地壓規律，而且也是松軟巖層用來分析判斷圍巖穩定程度的可靠手段。因此，進行現場變形量測，掌握圍巖變形活動狀態和時間效應，并在此基礎上，選擇支護結構和參數，妥善安排掘進和支護工藝過程，以確保支護體系和支護特性曲線和圍巖變形活動狀態相適應、相匹配，以最大限度發揮圍巖自承能力和支護體系支撐能力，這是搞好維護的關鍵。松軟巖層變形具有時間效應長的特點，所以堅持長期監控，對于及時了解圍巖穩定信息及采取相應的加固措施具有重要意義[1]。

6 施工中需注意的問題

（1）根據圍巖等級和現場地質情況，選擇錨桿類型和參數；

（2）根據勘察報告中巖石的分化破碎情況，確定金屬網的類型和尺寸；

（3）確定噴射混凝土的厚度和每層的噴射間隔時間；

（4）選擇合適的噴射方法，注意噴嘴與巷道面的角度和距離；

（5）選擇施工工藝時，要盡量避免對圍巖初始應力的影響，降低施工震動，減少外露基巖，防止分化；

（6）錨噴結構、設計參數、施工工藝要緊密圍繞現場圍巖的變形狀態選擇；

（7）對于自拌噴射料的加水量要合適，常規用手捏成團落地開花的方式做判斷；

（8）噴射混凝土要具有良好的物理力學性能，粘貼、早強等要符合要求，速凝劑的量要合適，就要減少回彈量，又要能夠迅速凝固，達到早期強度，防止二次脫落。

7 結束語

該工程完成后，經過現場檢測和多年的監測，達到了預期處理的目的，不但加固了分化碎石的掉落現象，而且保證了礦山巷道的安全運輸。

對于礦山的安全生產不容忽視，不管是生產安全還是生活安全都是我們最關心的，隨著科學技術的進步，應該做好提前防御，加強管理，緊密合作，科學指導。讓優質工程的作用發揮在礦山安全生產的每一個環節中。

經過工程實踐證明，噴錨網聯合支護體系對礦山巷道破碎圍巖的維護有較好的經濟和適用性。要時刻樹立綜合治理，聯合支護，永久監測的思想。