黑破巖巷道掘進(jìn)支護(hù)方案研究

王輝林，李艷剛，馬鴻錄，黃生福，林衛(wèi)星

(1.西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧 810000；2.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長(zhǎng)沙 410012；3.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410012)

0 引言

近些年，破碎圍巖的支護(hù)理論研究在國(guó)內(nèi)外工程領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，許多學(xué)者針對(duì)破碎圍巖的支護(hù)進(jìn)行了大量研究，提出了諸如巖性轉(zhuǎn)化理論、聯(lián)合支護(hù)理論、圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論及錨桿支護(hù)理論等[1-5]，但這些理論在實(shí)踐過程中遇到了許多問題，包括理論難以運(yùn)用、支護(hù)成本太高以及支護(hù)技術(shù)選擇困難等。目前提高破碎巷道支護(hù)效果的技術(shù)手段主要有提高支護(hù)系統(tǒng)強(qiáng)度和提高支護(hù)系統(tǒng)柔性2種方法[6-8]，為破碎圍巖支護(hù)提供了發(fā)展方向。

當(dāng)前，針對(duì)礦山復(fù)雜的礦巖條件，采用C20砼支護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本較高，而采用噴錨支護(hù)的效果又不是特別理想。因此，本文結(jié)合礦山中段運(yùn)輸巷、穿脈、聯(lián)絡(luò)巷等永久或重要巷道工程，針對(duì)黑破巖揭露 1～2 d后垮塌及隨掘隨垮的問題進(jìn)行了支護(hù)方案研究，取得了重要成效，為礦山安全生產(chǎn)提供了保障。

1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌的巷道支護(hù)

1.1 支護(hù)方案

針對(duì)黑破巖揭露1～2 d后垮塌的情況，采用隨掘隨支（支護(hù)進(jìn)尺與掘進(jìn)爆破進(jìn)尺一致），噴第一層漿后進(jìn)行錨網(wǎng)掛設(shè)，最后噴第二層漿的噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方案。

（1）第一層噴漿。第一層噴漿厚度為20 mm，砂漿強(qiáng)度要求大于C15；選用325普通硅酸鹽水泥，采用粒徑在 0.35～0.5 mm范圍內(nèi)的中砂或粒級(jí)大于0.5 mm的粗砂，細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.5，不選用細(xì)砂，卵石或碎石選用粒徑小于或等于15 mm的。為增強(qiáng)混凝土的和易性及強(qiáng)度，并達(dá)到節(jié)約水泥的目的，可以適量加入減水劑（水泥質(zhì)量的 0.5%～1.0%），同時(shí)可以改善混凝土的不透水性，減少回彈，砂漿配合比為水泥:中砂:石子為1:2:2，水灰比為0.4～0.45。

（2）錨桿及錨網(wǎng)的架設(shè)。鋼筋網(wǎng)采用直徑6～8 mm的I級(jí)鋼筋，網(wǎng)度為100 mm×100 mm或150 mm×150 mm。管縫式錨桿長(zhǎng)度為2.0～2.5 m，直徑為43 mm，間距為1.5 m×（1.5～2.0）m，錨桿安裝需與掘進(jìn)爆破保持一致。

（3）第二層噴漿。掛網(wǎng)后再噴一次砂漿，強(qiáng)度、砂漿材料、配合比、水灰比與第一層砂漿相同，但噴漿厚度為50 mm，支護(hù)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

1.2 支護(hù)數(shù)值模擬研究

根據(jù)圍巖力學(xué)參數(shù)建立Phase2數(shù)值模型，模擬與實(shí)際情況對(duì)應(yīng)的支護(hù)工程，得到黑破巖揭露1～2 d后，垮塌巷道未支護(hù)條件下與支護(hù)條件下的圍巖狀態(tài)，結(jié)果見表1和圖2～圖4。

圖2 巷道未支護(hù)時(shí)圍巖穩(wěn)定情況

圖3 巷道錨桿支護(hù)后圍巖穩(wěn)定情況

圖4 巷道C20砼支護(hù)后圍巖穩(wěn)定情況

表1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌巷道模擬結(jié)果

由表1可知，巷道支護(hù)后，巷道變形位移減小，塑性區(qū)減小，距離巷道相同位置處的圍巖強(qiáng)度系數(shù)得到了提高，說明采用噴錨網(wǎng)隨掘隨支的支護(hù)方案具有良好的效果。

2 黑破巖揭露后隨掘隨垮的巷道支護(hù)

2.1 支護(hù)方案

針對(duì)黑破巖揭露后隨掘隨垮的情況，采用先打錨桿，再噴漿，然后掛網(wǎng)，最后再噴漿的噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方案。

（1）安置管縫式錨桿。錨桿長(zhǎng)度為2.5～3 m，錨桿直徑為43 mm，錨桿間距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分別采用1.0 m×1.5 m，1.5 m×1.5 m或1.5 m×2.0 m的支護(hù)網(wǎng)度。

（2）第一層噴漿。第一層噴漿參數(shù)同第一種情況的支護(hù)參數(shù)。

（3）錨桿及錨網(wǎng)的架設(shè)。鋼筋網(wǎng)采用直徑6～8 mm的I級(jí)鋼筋，網(wǎng)度為100 mm×100 mm或150 mm×150 mm。管縫式錨桿直徑為43 mm，長(zhǎng)度為2.5～3 m，錨桿間距能滿足現(xiàn)場(chǎng)掛網(wǎng)需要即可。

（4）第二層噴漿。掛網(wǎng)后再噴一次砂漿，強(qiáng)度要求、砂漿材料、配合比、水灰比與第一層砂漿相同，但噴漿厚度為50 mm。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 揭露后隨掘隨垮的巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

2.2 支護(hù)數(shù)值模擬研究

根據(jù)圍巖力學(xué)參數(shù)建立Phase2數(shù)值模型，模擬與實(shí)際情況對(duì)應(yīng)的支護(hù)工程，得到黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道未支護(hù)條件下與支護(hù)條件下的圍巖狀態(tài)，結(jié)果見圖6～圖8和表2。

圖6 巷道未支護(hù)時(shí)圍巖穩(wěn)定情況

圖7 巷道錨桿支護(hù)后圍巖穩(wěn)定情況

圖8 巷道C20砼支護(hù)后圍巖穩(wěn)定情況

由表2可知，黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道支護(hù)后，巷道變形位移減小，塑性區(qū)減小，距離巷道相同位置處的圍巖強(qiáng)度系數(shù)得到了提高，說明先打入管縫式錨桿，再噴漿，然后掛網(wǎng)并打錨桿，最后再噴漿的聯(lián)合支護(hù)方案具有良好的效果。

表2 黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道模擬結(jié)果

綜上所述，在不支護(hù)的條件下，黑破巖圍巖變形相對(duì)嚴(yán)重，產(chǎn)生的應(yīng)力較大，塑性區(qū)范圍較大，圍巖強(qiáng)度系數(shù)小于 1，圍巖會(huì)發(fā)生垮落。而錨網(wǎng)噴支護(hù)能夠有效抑制圍巖變形，弱化巷道周圍應(yīng)力的增大，減小巷道圍巖塑性區(qū)，提高圍巖承載能力，確保圍巖整體的穩(wěn)定性。上述研究結(jié)果表明，采用錨噴網(wǎng)支護(hù)能有效控制巷道變形垮塌。礦山目前采用C20砼支護(hù)，可以保證巷道的穩(wěn)定性，且比錨網(wǎng)噴支護(hù)效果更好，但是砼支護(hù)的成本較高，在保證支護(hù)效果的前提下，應(yīng)盡可能節(jié)省支護(hù)成本，推薦采用錨網(wǎng)噴支護(hù)。

3 結(jié)論

（1）對(duì)掘進(jìn)后不同時(shí)間垮塌的黑破巖巷道進(jìn)行了支護(hù)方案優(yōu)化，支護(hù)工藝和技術(shù)充分適應(yīng)圍巖大變形的特點(diǎn)和要求，基本上解決了巷道的支護(hù)問題，保證了礦山的正常安全生產(chǎn)。

（2）通過模擬效果對(duì)比，建議在保證支護(hù)效果的前提下，盡可能選用支護(hù)成本更低的錨網(wǎng)噴支護(hù)。