多種支護(hù)技術(shù)在寶山鉛鋅礦的應(yīng)用及推廣

舒 亮,嚴(yán)三綱,楊文忠

(湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司,湖南桂陽 424402)

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多種支護(hù)技術(shù)在寶山鉛鋅礦的應(yīng)用及推廣

舒 亮,嚴(yán)三綱,楊文忠

(湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司,湖南桂陽 424402)

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司是一家歷史悠久,從事以鉛鋅為主的多金屬采選業(yè)務(wù)的礦山企業(yè)。隨著礦山露采及淺部礦床開采完畢,礦山主要開拓及采準(zhǔn)巷道已進(jìn)入中深部。由于礦山圍巖復(fù)雜,其中砂頁巖、矽卡巖、花崗斑巖等不穩(wěn)固巖層較多,再加上大小斷層、裂隙發(fā)育,使得巷道支護(hù)成了開拓及采準(zhǔn)工程首要解決的問題。經(jīng)過多年的探索、實(shí)驗(yàn),寶山鉛鋅礦已形成多種針對不同圍巖的支護(hù)方式,且支護(hù)技術(shù)較成熟。

支護(hù)方式;軟巖巷道;錨網(wǎng)支護(hù);即時(shí)支護(hù)

湖南寶山有色金屬礦業(yè)有限責(zé)任公司(寶山鉛鋅礦)礦區(qū)位于湖南省桂陽縣城關(guān)鎮(zhèn)以西,自1966年建礦以來,由露天開采逐步走向地下開采。目前開采最深處已達(dá)-230.0 m標(biāo)高,距離地面700多m。由于開采深度逐漸增加,井下巷道地應(yīng)力也隨之變大,再加上圍巖本身的不穩(wěn)固性,因此造成多處巷道垮塌嚴(yán)重,對井下的生產(chǎn)安全、開拓、采礦等均造成較大的困難。為解決以上問題,支護(hù)成了寶山井下一項(xiàng)重要工程。經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)、現(xiàn)場試驗(yàn),寶山礦已形成多種支護(hù)方式。通過不斷的改進(jìn),目前各支護(hù)技術(shù)逐步走向成熟。隨著深部開拓的逐步推進(jìn),繼續(xù)改善現(xiàn)有支護(hù)方式,并研究更適合深部開采的新型支護(hù)方式,也是寶山鉛鋅礦目前正在攻關(guān)的技術(shù)難題之一。

1 礦山地質(zhì)簡介

寶山礦區(qū)根據(jù)各巖層的工程地質(zhì)特征可劃分為:梓門橋組白云巖、石磴子組灰?guī)r(包括大理巖、矽卡巖)、測水組砂頁巖、花崗閃長斑巖和斷層破碎帶這五個(gè)工程地質(zhì)巖組。其中梓門橋組白云巖巖性較好,在未受構(gòu)造裂隙影響地段,巷道施工一般不需支護(hù)。石磴子組灰?guī)r中大理巖、矽卡巖易風(fēng)化。測水組砂頁巖的特點(diǎn)是易碎、易風(fēng)化,風(fēng)化后呈碎塊狀和粘土狀,坑道中常見冒頂片幫現(xiàn)象,在風(fēng)化破碎較嚴(yán)重處還見有坍塌現(xiàn)象,坑道施工后一般需及時(shí)支護(hù)。寶山礦區(qū)斷裂破碎帶較多,如:F21斷層、F0-1斷層;破碎帶中以泥、炭質(zhì)膠結(jié)為主,坑道穿過斷層破碎帶時(shí)常見掉塊、冒頂?shù)痊F(xiàn)象,時(shí)間久后還見有坍塌現(xiàn)象。

2 支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

經(jīng)過多年的現(xiàn)場試驗(yàn),寶山鉛鋅礦已形成多種適合本礦山各種圍巖的支護(hù)形式,其中應(yīng)用最多的為發(fā)碹支護(hù)和錨網(wǎng)支護(hù),其次是噴漿支護(hù)、木支護(hù)、圓鋼支護(hù)、槽鋼支護(hù)等。目前正在試驗(yàn)研究的有濕式噴漿、錨塑網(wǎng)支護(hù)及即時(shí)支護(hù)等。

2.1 發(fā)碹支護(hù)

發(fā)碹支護(hù)是寶山鉛鋅礦應(yīng)用時(shí)間久、普通實(shí)用、應(yīng)用范圍廣的一種支護(hù)方式。但由于其勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、施工時(shí)危險(xiǎn)性較大(需在不穩(wěn)定圍巖下作業(yè))等缺點(diǎn),使得該支護(hù)方式只在部分條件下才使用。

2.1.1 使用范圍

發(fā)碹支護(hù)使用范圍主要為巖性極不穩(wěn)固,且服務(wù)年限較長的主運(yùn)輸巷道。如極不穩(wěn)固的砂頁巖、炭質(zhì)巖;在經(jīng)過較大斷層(如F21斷層)時(shí),由于巷道易冒頂,且大塊多,只有使用發(fā)碹支護(hù)。在礦區(qū)使用地點(diǎn)有:西部-110中段161北穿、-110中段150北穿、-150中段北西沿等。

對于一些中段的主運(yùn)輸巷或永久性工程,該支護(hù)方式也應(yīng)用較多。如中段車場、石門、各沿脈運(yùn)輸巷、維修硐室、炸藥庫等。在礦區(qū)使用地點(diǎn)有:西部-190中段車場、南北石門、維修硐室;西部-70中段措施巷炸藥庫等。

2.1.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土發(fā)碹支護(hù)設(shè)計(jì)如圖1所示(以2.4 m ×2.6 m斷面為例,下同)。

圖1 鋼筋混泥土發(fā)碹設(shè)計(jì)圖(單層布筋)

其中混凝土配比為:每立方米用量,水泥∶河沙∶碎石=300∶740∶1262(單位:kg)

每米支護(hù)所需材料、成本、工時(shí)見表1。

表1 每米發(fā)碹支護(hù)成本明細(xì)表

施工時(shí),第一步施工墻部分,先挖基腳立模,再布置鋼筋,最后澆筑混凝土;第二步施工拱部分,施工順序?yàn)榱⒛！冀睢鷿仓炷?。施工方法較簡單。

2.1.3 應(yīng)用推廣

根據(jù)多年的使用經(jīng)驗(yàn),從節(jié)約成本、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、加強(qiáng)安全措施等方面,對發(fā)碹支護(hù)做了如下改善:

1.根據(jù)圍巖穩(wěn)固情況,可分為單層布筋、雙層布筋兩種不同布筋方式;也可以不布筋?；炷翝仓穸纫部筛鶕?jù)圍巖穩(wěn)固性的不同進(jìn)行設(shè)計(jì),一般設(shè)計(jì)厚度有200 mm、250 mm、300 mm等規(guī)格。

2.為確保施工時(shí)的安全,可以先臨時(shí)支護(hù),如用槽鋼、木材護(hù)頂嗣后發(fā)碹支護(hù)。

3.混凝土攪拌由原來的人工攪拌,改為用小型攪拌機(jī)攪拌。

2.2 錨網(wǎng)支護(hù)

錨網(wǎng)支護(hù)是2011年引進(jìn)的一種新型支護(hù)方式,由于其具有勞動(dòng)強(qiáng)度較小、應(yīng)用面廣、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),使得其在寶山鉛鋅礦得到了迅速的推廣應(yīng)用。

2.2.1 使用范圍

由于錨網(wǎng)支護(hù)能很好的防止頂板石頭掉落,在相對穩(wěn)固的砂頁巖內(nèi)、較破碎的白云巖內(nèi)、過小斷層及破碎帶的時(shí)候均可以使用,故使用范圍較廣。特別是對于易風(fēng)化、遇水膨脹的花崗閃長斑巖和矽卡巖具有很好的支護(hù)效果。礦區(qū)應(yīng)用實(shí)例有:砂頁巖內(nèi)的西部-70中段措施巷、-110中段157北穿等;破碎地帶的西部-110中段156北穿、-190中段北石門;花崗巖內(nèi)的-110中段156南穿;矽卡巖內(nèi)的-150中段南東沿。

2.2.2 支護(hù)設(shè)計(jì)

1.錨桿類型選擇:錨桿材料為Φ16 mm等強(qiáng)螺紋鋼,頂板及兩角錨桿加密錨固(間距為600 mm),兩幫錨桿(間距為700 mm),每孔裝八個(gè)藥卷(普通錨固劑)。

2.錨桿長度計(jì)算:桿長度L=L1+L2+LP,式中L1為錨桿外露長度,取100 mm;L2為錨桿錨固長度,取 100 mm;LP為錨桿有效長度,取 1 600 mm;L=100+100+1 600=1 800 mm。

3.錨桿間距確定:錨桿間距應(yīng)滿足D≤(1/3) L,則D≤1/3×1 800=600 mm。

4.錨桿托盤和網(wǎng)筋:錨桿托盤材料選用規(guī)格為120 mm×120 mm×8 mm鐵板。

網(wǎng)筋材料選用Φ6 mm六碼絲,網(wǎng)孔規(guī)格100 mm ×100 mm,鋼筋網(wǎng)制作規(guī)格為2 000 mm×1 000 mm。

錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2～圖4所示,成本見表2。

圖2 錨孔布置圖

圖3 錨桿排距布置圖

圖4 網(wǎng)筋及托盤加工圖

表2 每米錨網(wǎng)支護(hù)成本明細(xì)表

2.2.3 施工順序

施工人員先按設(shè)計(jì)圖在巷道中打眼,每孔深1.8 m,錨桿眼打完后,每個(gè)錨桿眼裝8卷普通錨固劑,再安裝錨桿,錨桿安裝完畢,將地面加工好的網(wǎng)筋掛好,網(wǎng)筋安裝時(shí)應(yīng)盡量貼近巷道壁和頂板,兩網(wǎng)筋連接處重疊10 mm,而后將錨桿托盤套在錨桿外露端,將螺母擰緊。

2.2.4 應(yīng)用推廣

由于該支護(hù)方法使用時(shí)間較短,但其效果很好。經(jīng)過推廣使用,不斷結(jié)合實(shí)際研究,并不斷改善,總結(jié)如下:

1.采用主動(dòng)錨網(wǎng)支護(hù),提高了圍巖整體強(qiáng)度,保持了圍巖穩(wěn)定,有效地控制圍巖變形。巷道不需維修,降低了維修費(fèi)用,提高了安全程度。

2.錨網(wǎng)支護(hù)材料輕,運(yùn)輸量少,減輕了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。還可以根據(jù)圍巖的不同穩(wěn)定程度,制作不同密度的錨網(wǎng),錨桿長度也可以根據(jù)圍巖的穩(wěn)定性使用不同的長度。

3.支護(hù)速度快,成本相對較低,可以很大地加快開拓速度。每次掘進(jìn)、出渣完畢后即可進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù),減少圍巖暴露時(shí)間,作業(yè)連續(xù)性好。

4.經(jīng)過使用發(fā)現(xiàn),在有水的巷道,錨網(wǎng)暴露在外面容易腐蝕、生銹,經(jīng)過研究可以采用多種方法解決該難題,例如:嗣后噴漿、采用PE塑膠網(wǎng)代替錨網(wǎng), PE塑膠網(wǎng)強(qiáng)度和韌性都很好,且不易腐蝕,故是代替錨網(wǎng)的一種很實(shí)用的材料,目前本礦山正在試驗(yàn)。

5.目前錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)正在逐步完善,今后將可以作為采場護(hù)頂。在一些留礦法采礦的采場,為保證最終放礦的安全性,可以先進(jìn)行采場錨網(wǎng)護(hù)頂,例如西部-70中段157采場即是使用了該方法。

6.在一些有礦但又較不穩(wěn)固的砂頁巖巷道內(nèi),可以先用錨網(wǎng)支護(hù),對今后礦體的回采也無影響。

2.3 即時(shí)支護(hù)

圖5 PE鋼性構(gòu)件液壓千斤頂即時(shí)支護(hù)圖

施工時(shí)直接用液壓千斤頂頂起鋪有PE板材的鋼架至頂板,作業(yè)人員在支護(hù)面下打鉆作業(yè)。打鉆完成后,先拆除支護(hù)再放炮,嗣后再進(jìn)行發(fā)碹支護(hù)工作。

2.4 其他支護(hù)方式

1.木支架支護(hù):適用于服務(wù)年限較短、多變的地質(zhì)條件,特別是用于經(jīng)過砂頁巖礦體的巷道的一種臨時(shí)支護(hù)。由于木支架易腐爛易燃等,在本礦山只做一種臨時(shí)支護(hù)。

2.架金屬支架支護(hù):金屬支架主要有槽鋼、圓鋼等,根據(jù)不同的圍巖可選用不同支護(hù)材料。此支護(hù)較簡易,無特殊要求,直接架設(shè)即可,但也只用作臨時(shí)支護(hù)用。

3.預(yù)制磚支護(hù):此支護(hù)只做墻碹支護(hù)用。

4.濕式噴漿:利用濕式噴漿機(jī)噴射特制膠結(jié)料進(jìn)行支護(hù),一般作為配合錨網(wǎng)支護(hù)使用。

3 新型支護(hù)方式的研究

3.1 超前錨桿支護(hù)法在砂頁巖掘進(jìn)中的研究應(yīng)用

對于部分即打即垮的巷道,目前是掘進(jìn)完后先用槽鋼護(hù)頂再發(fā)碹支護(hù),如此支護(hù)工作量又大大增加。為此可以研究使用超前錨桿支護(hù)法。

超前支護(hù)是由超前錨桿、鋼拱架、混凝土噴層和圍巖四部分組成,形成空間整體支護(hù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)巷道穿過不能自穩(wěn)的斷層、破碎帶時(shí),在掘進(jìn)前,順著巷道輪廓表面預(yù)先將錨桿錨入礦巖中,使掘進(jìn)工作在超前錨桿構(gòu)成的假頂保護(hù)下安全進(jìn)行。

施工工藝:每隔0.5 m的間距打Φ38～40 mm、孔深為2.0～2.2 m的超前錨桿孔,鉆孔與巷道軸線的夾角小于15°,注漿插入錨桿,因礦體較破碎,要在打成孔后立刻注漿插錨桿,在錨桿端部支鋼拱架,鋼拱架與錨桿端部焊接,最后在已掘進(jìn)的巷道周邊噴上60～100 mm厚的混凝土。如圖6所示。

圖6 鋼架超前錨桿支護(hù)法示意圖

3.2 長錨索支護(hù)在采礦方法中的應(yīng)用研究

長錨索支護(hù)是最近二十多年發(fā)展起來的一項(xiàng)加固巖層新技術(shù)。用于地下采場的支護(hù),不僅可以提高采場的安全性,降低礦石損失貧化,更重要的是可以擴(kuò)大地下采礦方法的使用范圍,使一些在某種地質(zhì)條件下本來不適用的采礦方法也可能成為適用的采礦方法。

由于長錨索比普通錨桿長,鉆孔直徑大,錨固范圍大,因此錨桿的擠壓加固作用、懸吊作用、組合梁作用都能充分發(fā)揮,錨固力強(qiáng),被錨固巖體整體性和穩(wěn)定性都能得到極大的改善。用長錨索可以加固空場采礦法兩幫和頂板,例如西部-110中段F21斷層下盤礦體的回采,當(dāng)回采至斷層邊界時(shí),一幫就無法留礦繼續(xù)往上回采,若用長錨索支護(hù)礦體上盤的F21斷層,即可留礦繼續(xù)回采。對于砂頁巖礦體的回采,若事先用長錨索支護(hù)礦體及兩幫和頂板,采礦時(shí)即可使用普通充填采礦法進(jìn)行回采等等。

長錨索支護(hù)的應(yīng)用,可以改變一些采場傳統(tǒng)的頂板支護(hù)方法。在相同的地質(zhì)條件下,放寬了選擇采礦方法的使用條件,擴(kuò)大了某些采礦方法的使用范圍。因而長錨索支護(hù)的應(yīng)用無論對采礦方法的研究還是支護(hù)都將是礦山的突破點(diǎn)。

4 結(jié)束語

針對井下掘進(jìn)巷道施工不同的地質(zhì)條件和特點(diǎn),要采取科學(xué)可行的與地質(zhì)條件相適應(yīng)的支護(hù)方法,要以客觀為依據(jù),不斷改變和創(chuàng)新,才能在施工中既保證施工安全,又能加快施工進(jìn)度,本礦山在支護(hù)方面總結(jié)出了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。

[1] 李井生.施工巷道過斷層破碎帶支護(hù)方法[J].煤炭技術(shù), 2011,30(3):25-26.

[2] 汪和平,于國立,石功.鏡鐵山鐵礦不穩(wěn)定巷道中的掘進(jìn)支護(hù)方法[J].金屬礦山,1999,(7):16-17,35.

[3] ?；?長錨索支護(hù)在國內(nèi)外地下采礦中的應(yīng)用[J].云南冶金,1990,(5):7-11.

Application and Promotion of a Variety of Supporting Technologies in Baoshan Lead-Zinc Mine

SHU Liang,YAN San-gang,YANG Wen-zhong
(Hunan Baoshan Nonferrous Metals&Mineral Co.,Ltd,Guiyang424402,China)

Hunan Baoshan nonferrous metals mineral limited liability company is a long history mining enterprise in the zinc-based multi-metal mining operations.With the mine open-pit mining and shallow deposits depleted,mines and mining potential to open up the main roadway have entered the deep.As the complexity of mining rock,including much sandstone and shale,skarn,porphyry which are unstable coupled with the size of faults and fissures, the roadway support has become the primary solution to the problem of develop and adopt standard engineering.After years of exploration,experimentation,Baoshan mine has formed a variety of different rock support methods,and the supporting technology is more mature.

support pattern;soft rock houses;bolting with wire mesh;immediate support

TD353

A

1003-5540(2012)01-0001-04

舒亮(1988-),男,助理工程師,主要從事采礦技術(shù)工作。

2011-12-08