錨噴網(wǎng)支護技術(shù)在青菜沖礦軟巖巷道的應(yīng)用

金宇松 宋遠(yuǎn)兵 黎文斐 陳茂生

摘要:開磷集團礦業(yè)總公司是我國化工優(yōu)質(zhì)磷肥生產(chǎn)的重要基地。隨著礦山淺部礦床開采完畢,礦山主要開拓及采準(zhǔn)巷道已進入深部地帶。文章在原有的支護技術(shù)與措施基礎(chǔ)上研究提出了采用錨噴網(wǎng)支護方式,并對其施工工藝過程進行了介紹,為類似礦山軟巖巷道掘進提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:開磷集團;軟巖巷道;錨噴網(wǎng)支護;施工工藝

中圖分類號:U417文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)20-0165-02

開磷集團礦業(yè)總公司地處貴州省開陽縣金中鎮(zhèn)境內(nèi),是我國化工優(yōu)質(zhì)磷肥生產(chǎn)的重要基地。隨著礦山淺部礦床開采完畢,公司下屬6個礦山中已有多個礦山開拓采準(zhǔn)進入到+600～+800m水平,距地表深度達500～600m,礦床地壓顯現(xiàn)嚴(yán)重,因而帶來的問題是:礦山主要開拓及采準(zhǔn)巷道支護困難,原有的支護技術(shù)與措施失效,巷道返修率高,永久性巷道支護后存在經(jīng)常性冒頂、片幫、底鼓等現(xiàn)象,需要多次維護與加固,維護工作量大,支護成本高;其它采準(zhǔn)巷道支護時間短,維護量大,作業(yè)不安全,對礦山的正常安全開采帶來了嚴(yán)重影響。本次研究提出青菜沖礦巷道支護方法及其施工工藝,為礦山深部軟巖巷道掘進提供了技術(shù)保障。

一、錨噴網(wǎng)支護理論的提出

噴網(wǎng)支護因其施工方便、勞動強度低等諸多優(yōu)點,在青菜沖礦的生產(chǎn)實踐中已被廣泛采用。為了有效地控制圍巖的變形必須滿足巷道圍巖與支護體強度、剛度及結(jié)構(gòu)上的耦合。必須采用錨桿支護,錨桿支護是一種主動支護形式,代表了巷道支護的發(fā)展方向。

二、錨噴網(wǎng)支護施工材料的選擇

近十幾年來,國內(nèi)很多學(xué)者對錨桿作用機理作了大量的深入研究與探討,進一步揭示了錨桿支護的實質(zhì),促進了錨桿支護理論研究的發(fā)展,擴大了錨桿支護技術(shù)應(yīng)用的范圍。

(一)錨桿桿體的選擇

根據(jù)巷道高強度支護的要求,選用20MnSi左旋無縱筋螺紋鋼錨桿,其表面有凹凸紋理,不需要作任何處理即能保證錨桿與錨固劑之間較高的粘結(jié)強度。

(二)錨桿直徑和錨孔直徑的選擇

水泥砂漿錨桿直徑的選擇從支護效果和經(jīng)濟效益兩方面考慮。從支護效果看,在其它條件一定的情況下,錨桿支護強度的大小與桿體直徑成正比,也就是說,直徑越大,支護強度越高,圍巖強度強化效果越好;從經(jīng)濟方面考慮,錨桿直徑對錨桿材料成本的影響不是很明顯,考慮到“三徑”合理匹配,決定選用?準(zhǔn)20mm的錨桿,與水泥砂漿錨桿直徑相匹配的錨孔直徑為29mm。

(三)混凝土的材料與配合比

水泥采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,標(biāo)號不低于425號;砂采用中砂或粗中砂混合的石英砂,含泥量不超過3%;石子采用碎石粒徑不超過10mm;水采用潔凈的水,不應(yīng)含有雜質(zhì);添加劑盡量使用中性和不降低噴射混凝土強度的速凝劑;配合比(重量比)為:水泥∶粗中混合砂子∶石子(1∶2∶2)。

(四)護網(wǎng)的選擇

從支護強度和剛度考慮,護網(wǎng)選用鋼筋網(wǎng),材質(zhì)選用A3鋼,鋼筋直徑為6mm;網(wǎng)度為150mm×150mm;從循環(huán)進尺和巷道周長考慮,網(wǎng)片選用2000mm×2000mm。

(五)錨噴網(wǎng)支護巷道掘進光面爆破參數(shù)

光面爆破技術(shù)是巷道“新奧法”施工的必需條件,采用光面爆破技術(shù)可以減少巷道超挖,維護巷道與圍巖的穩(wěn)定性,減少支護工作量,節(jié)約支護成本。

根據(jù)青菜沖礦巷道施工特征及巖石的力學(xué)特性,巷道光面爆破參數(shù)選擇如下:

炮眼直徑d:采用鑿巖臺車鑿巖,孔徑為42mm。

周邊眼間距E:根據(jù)光面爆破經(jīng)驗公式,周邊眼距與炮眼直徑的關(guān)系為:E=(8～18)d。一般根據(jù)圍巖類別確定E值大小,如果巖石完整性差,E值必須取小值。根據(jù)青菜沖礦地質(zhì)情況及開挖巖石特征,E值取45cm。

周邊眼深度L:從光面爆破的要求看,炮眼越深,輪廓面縱向平整度愈好控制。但是,亦會受到鑿巖設(shè)備、爆破器材性能、巖石類別及完整性等因素的影響。根據(jù)青菜沖礦施工設(shè)備及巖石類別、完整程度,L確定為3.0m。

周邊眼角度α:周邊眼原則上應(yīng)布置在開挖面的設(shè)計輪廓線上,并與巷道軸線平行。但是,由于鑿巖機鉆鑿周邊眼時,受到鑿巖設(shè)備構(gòu)造的限制,以及拱部和墻部巖壁的制約,鉆眼不得不存在一定的偏斜角α,偏斜角度的大小可依據(jù)炮眼深度進行調(diào)整,使其眼底能落在設(shè)計輪廓線外10cm左右為宜。故巷道施工時,α值一般取3°～5°。

最小抵抗線W:理論和實踐證明,光面爆破炮眼間距與最小抵抗線之比取0.8最好,即E/W=0.8。故在馬路坪隧道施工中,W值為60cm。

不偶合系數(shù)D和周邊眼炸藥直徑不偶合系數(shù)(即炮眼和炸藥直徑的比值):實踐證明,藥卷在有空隙的炮眼中(不偶合裝藥)爆炸時,形成的沖擊波隨不偶合系數(shù)D的增大而衰減,D值一般取1.25～2.0。

周邊眼裝藥集中度和裝藥量:根據(jù)巷道施工相關(guān)經(jīng)驗,周邊眼裝藥集中度q=0.2～0.3kg/m。裝藥集中度過大易破壞巷道輪廓巖面,過小則爆不下來。根據(jù)青菜沖礦施工技術(shù)條件,取q=0.2kg/m。以周邊眼鉆眼深度3.0m計算,堵炮口炮泥長度為30cm,炮泥外留20cm。故每眼裝藥量為:(3.0-0.3-0.2)×0.2=0.5kg。

光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)如圖1所示:

三、錨噴網(wǎng)支護施工工藝及技術(shù)

錨噴網(wǎng)支護施工工藝流程為:爆破→巷道成型→噴射第一層混凝土→養(yǎng)護→打錨桿孔→安裝錨桿→掛頂網(wǎng)→打錨桿孔→安裝管縫式錨桿→掛幫網(wǎng)→噴射第二層混凝土→養(yǎng)護。

(一)砂漿錨桿的安裝

錨桿施工前,應(yīng)對下列事實進行調(diào)查核實:(1)工程計劃、設(shè)計圖等基礎(chǔ)資料是否齊備;(2)井下施工用水水質(zhì),地下水對鉆孔、注漿的影響;(3)對巷道周邊設(shè)物和設(shè)置物核實、復(fù)查;(4)調(diào)查錨固工程周邊狀態(tài)巖層的處理;(5)作業(yè)限制、環(huán)保規(guī)則、礦山法令等對工程的影響。

1.頂板錨桿的安裝。初噴后,給定錨桿眼眼位,鉆錨桿孔,安裝錨桿。技術(shù)要求:鉆孔過程中對區(qū)段的位置、巖土分層位置進行驗證,出現(xiàn)異常及時采取措施;根據(jù)巖土條件選用一定的鉆孔法、保證孔壁不塌、孔徑符合要求;鉆孔宜用清水;鉆孔使用錨桿鉆機、按給定的錨桿眼位鉆孔,并要求垂直頂?shù)装?符合設(shè)計角度和深度要求;錨桿水平方向孔距誤差不應(yīng)大于50 mm,垂直方向孔距誤差不大于100 mm,孔底偏斜尺寸不大于桿長的3 %;鉆進時,開孔推力要小,正常勻速鉆進,換釬時不許挪動鉆機;水泥砂漿要充滿鉆孔;安裝錨桿一般應(yīng)從中間開始,向兩邊進行。若頂板出現(xiàn)凸凹不平,應(yīng)先安裝凹處的錨桿,然后再安裝其它錨桿。

2.幫錨桿的安裝。幫錨桿施工可始終滯后2排頂錨桿,便于頂幫錨桿平行作業(yè)。技術(shù)要求:鉆孔要垂直巷幫,其它要求同上。

3.底角錨桿的布置。布置底角錨桿是控制底鼓的專門措施,一組底角錨桿一般由2根錨桿組成,一根按45°傾角布置,另一根則垂直打入底板。由于垂直向下打孔和錨桿安裝非常困難,所以本試驗只布置1根底角錨桿。長度為3m,間排距為1000mm×1000mm。

(二)噴射混凝土

噴層總厚度確定為120mm,它由初噴30～50mm、二次復(fù)噴達到設(shè)計厚度兩部分組成。爆破后,首先檢查掘進工作面安全狀況,敲幫問頂和撬除活石,然后進行初噴。

技術(shù)要求:以防頁巖風(fēng)化,初噴要及時,噴厚均勻,避免巖面裸露,復(fù)噴的混凝土要壓緊金屬網(wǎng),保持金屬網(wǎng)與巖面緊貼,復(fù)噴混凝土要封住金屬網(wǎng),以防其銹蝕;每次噴射混凝土后要及時灑水養(yǎng)護,以保證其強度。

(三)注漿材料及拌制

錨孔一般注入水泥或水泥砂漿與地層固定并對錨桿加以保護,錨桿的粘結(jié)強度和防腐效果在很大程度上取決于漿液拌合料的成分,漿體拌制質(zhì)量及注入方式。

技術(shù)要求:水泥用不低于325號普通硅酸鹽水泥,水一般用不含硫酸鹽(≯0.1%)和含有機質(zhì)的水,用清水拌和為好。水灰比用0.40～0.45,當(dāng)用水泥砂漿時,灰砂比為1:1～1:2,且砂子粒徑不大于2mm,否則要嚴(yán)格過篩,水泥砂漿只能用于一次注漿。為了改善水泥漿在施工中和硬化后的性能,可加入適量外加劑。注漿體強度一般7天不低于20 MPa,28天不低于30MPa。水泥漿拌制要遵守以下原則:水泥、砂要按重量計算,拌合水要先于水泥、砂子送入攪拌機,任何外加劑均在攪拌時間過半后加入,機械攪拌時間不少于2min,應(yīng)避免人工攪拌,灰漿攪拌后應(yīng)放入特制容器中,并使其緩慢拌動,因此一般用雙筒攪拌機,以使水泥砂漿連續(xù)注漿。

水泥砂漿通過泵和耐壓膠管注入錨桿孔,泵壓范圍為0.1～12MPa,在鉆孔較長部段上,根據(jù)操作壓力和所使用的注漿方式,還應(yīng)讓水泥漿通入內(nèi)徑為12～25mm的塑料管,該塑料管離鉆孔底的距離通常為150mm,并每隔1～2m就用膠帶將此管與錨桿桿體相連接,注漿后該管就留在孔中。當(dāng)用密封圈或密封袋封閉注漿時,應(yīng)用一根小直徑排氣管將注漿段內(nèi)空氣排出,如果水泥漿從該管排出,則表明這一段已填滿水泥漿,在壓力進一步加大前應(yīng)封閉此管。若要用高壓注漿則常用帶環(huán)的管子,可二次或多次高壓注漿,錨桿承載力可比一次注漿增大一倍。

四、結(jié)語

在錨噴網(wǎng)支護施工過程中應(yīng)調(diào)整施工順序和工藝,保障支護效果。根據(jù)現(xiàn)場實測結(jié)果,調(diào)整噴射混凝土的時間,初噴要及時,第一次復(fù)噴安排在巷道開挖相對穩(wěn)定期后進行,二次復(fù)噴安排在巷道變形穩(wěn)定期后進行。

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作者簡介:金宇松(1973-),男,貴州貴陽人,貴州開磷集團礦業(yè)總公司采礦部安全生產(chǎn)技術(shù)室主任,工程師,研究方向:巷道掘進和采礦管理、設(shè)計。