塹溝底部結(jié)構(gòu)復合支護技術(shù)

李強，李明宇，李向東

（1．長沙礦山研究院有限責任公司，長沙410012；2．國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長沙410012；3．哈密和鑫礦業(yè)有限公司，新疆哈密839099）

塹溝底部結(jié)構(gòu)復合支護技術(shù)

李強1，2，李明宇3，李向東1，2

（1．長沙礦山研究院有限責任公司，長沙410012；2．國家金屬采礦工程技術(shù)研究中心，長沙410012；3．哈密和鑫礦業(yè)有限公司，新疆哈密839099）

針對圖拉爾根銅鎳礦軟弱破碎巖石條件下的采場底部結(jié)構(gòu)，對支護方式與效果進行了試驗與研究?；诂F(xiàn)代支護結(jié)構(gòu)原理，根據(jù)礦圍巖條件和現(xiàn)場實際工況提出了復合支護技術(shù)方案。根據(jù)巷道的功能和受到深孔爆破振動破壞程度的大小，針對性地選用支護方式。通過復合支護技術(shù)最大限度地提高圍巖的自身承載能力，使支護系統(tǒng)與圍巖共同維護出礦底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。該支護技術(shù)使巷道穩(wěn)固性大大提高的同時降低了支護成本，為礦山實現(xiàn)安全高效開采提供了有力的保障，為同類型礦山回采過程中底部結(jié)構(gòu)的形成和支護形式提供技術(shù)參考。

軟弱巖層；塹溝底部結(jié)構(gòu)；噴錨網(wǎng)復合支護；錨桿支護理論

大直徑深孔階段空場嗣后充填法作為一種高效的采礦方法，在國內(nèi)外礦石和圍巖穩(wěn)固的傾斜和急傾斜厚和極厚礦體礦山被廣泛采用，該采礦方法中采場礦石全部由底部結(jié)構(gòu)出礦，因此采場的底部結(jié)構(gòu)在很大程度上影響著采礦方法的效率、勞動生產(chǎn)率、采準工程量、礦石的貧化與損失以及放礦工作的安全等［1－2］。其中V型塹溝進路出礦的底部結(jié)構(gòu)是最安全、高效的出礦底部結(jié)構(gòu)，近些年隨著先進的無軌出礦設備的應用推廣，被越來越多的礦山采用［3－4］。

但是在應用的過程中逐漸顯露出一些問題，爆破振動和崩落礦石的沖擊對裝礦進路的穩(wěn)定性影響更大，進而破壞裝礦進路眉線，減少裝礦進路的長度，有個別裝礦進路甚至報廢而無法使用，造成礦石的損失，并且存在安全隱患。本文針對不穩(wěn)固區(qū)域塹溝底部結(jié)構(gòu)的支護技術(shù)進行試驗與研究，提出了基于現(xiàn)代支護結(jié)構(gòu)原理，通過復合支護方式最大限度地提高圍巖的自身承載能力及穩(wěn)定性，使支護系統(tǒng)與圍巖共同維護出礦底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的復合支護方案。

1 礦山概況及出礦過程中的問題

1．1 礦山概況

圖拉爾根銅鎳礦礦體位于基性—超基性雜巖體內(nèi)，賦礦巖石為角閃橄欖巖，礦床屬于基性—超基性巖漿有關(guān)的巖漿熔離型、貫入型Cu、Ni礦床。目前采用大直徑深孔階段空場嗣后充填法進行回采，采場垂直礦體走向布置，分兩步驟“隔一采一”進行回采，一步驟采場10m，二步驟采場15m。上下中段留8m底柱，采場高度為42m，采場長度為礦體水平厚度，采場最長為60m。采場底部結(jié)構(gòu)采用雙側(cè)進路出礦（見圖1）。出礦采用2m3柴油鏟運機，出礦進路間距12m。

圖1 出礦底部結(jié)構(gòu)Fig．1 Ore－drawing bottom structure

1．2 出礦過程中的問題

1 250m中段228穿脈在施工工程中礦巖條件比較破碎，礦山分別采用了管縫式錨桿＋鋼筋網(wǎng)支護，但是由于礦巖條件較破碎，管縫式錨桿只能將鋼筋網(wǎng)加固到較大的巖塊上，礦巖較破碎且粘結(jié)性較差，受到爆破和出礦的振動，破碎帶上的充填物開始脫落，破壞了巖石的自然拱，巷道發(fā)生坍塌，支護失效。礦山對坍塌部位清理后進行二次支護，采用鋼拱架支護，使得支護成本大幅增加。

229采場的部分出礦進路在深孔爆破時部分裝礦進路眉線破壞，裝礦進路的長度減少，有個別裝礦進路甚至報廢而無法使用，一條裝礦進路損失礦量約為1 200t礦石。

2 支護方案研究

2．1 支護方案

根據(jù)巷道的功能和受到深孔爆破振動和出礦破壞的大小，分別采用兩種方案進行支護［5］。

方案一：出礦穿脈巷道二步驟回采時作為鑿巖巷道，受到深孔爆破振動和出礦破壞較小，采用素噴封閉＋組合噴錨網(wǎng)支護方案。在巷道施工完成后及時進行素噴混凝土凝固支護，采用淺孔鉆機按1m ×1m的網(wǎng)度打錨桿孔施工鉆孔，用2m×2m網(wǎng)度的管縫式錨桿將金屬網(wǎng)固定至巖面，按2m×2m網(wǎng)度安裝水泥卷或砂漿錨桿，待水泥卷養(yǎng)護24h后將螺母擰緊，再進行噴射混凝土支護，支護厚度50 mm。組合噴錨網(wǎng)安裝圖見圖2。

圖2 組合噴錨網(wǎng)安裝圖Fig．2 Installation graph of combined bolting and shotcrete net

方案二：出礦穿脈和裝礦進路承擔采場出礦的任務，受到深孔爆破振動和出礦破壞較大，采用素噴封閉＋組合噴錨網(wǎng)＋鋼筋混凝土支護方案（見圖3）。在巷道施工完成后及時進行素噴混凝土凝固支護，采用淺孔鉆機按1m×1m的網(wǎng)度打錨桿孔施工鉆孔，用2m×2m網(wǎng)度的管縫式錨桿將金屬網(wǎng)和鋼筋拱架固定至巖面，按2m×2m網(wǎng)度安裝水泥卷或砂漿錨桿，待水泥卷養(yǎng)護24h后將螺母擰緊，再進行噴射混凝土支護，支護厚度50mm。最后架模板澆注C20鋼筋混凝土，支護厚度200mm。

圖3 素噴封閉＋組合噴錨網(wǎng)＋鋼筋混凝土支護圖Fig．3 Supporting graph of plain concrete spray closed，combined bolting and shotcrete net and reinforced concrete

2．2 方案技術(shù)特點

1）及時支護

巷道施工完成后采用噴射混凝土對巷道進行快速支護，噴射混凝土對圍巖節(jié)理、裂隙起充填作用，將不連續(xù)的巖層層面膠結(jié)起來，并產(chǎn)生楔效應而增加巖塊間的摩擦系數(shù)，防止巖塊沿軟弱面滑移，促使表面巖塊穩(wěn)定。噴射混凝土能使巷道周邊圍巖盡早封閉，防止圍巖進一步風化［6］。

2）組合錨網(wǎng)技術(shù)

管縫式錨桿和水泥卷錨桿組合使用，管縫式錨桿能夠很快見效，對巖層表面的加固能力強，水泥砂漿錨桿能夠在破壞區(qū)內(nèi)形成次生承載層，同時和鋼筋拱架連成整體形成組合梁，提高圍巖的整體強度。一方面不讓圍巖松動，以保持圍巖的自承力；另一方面允許圍巖有一定程度的塑性變形，使圍巖自承力得以最大程度的發(fā)揮［7］。

3）多層支護技術(shù)

多層支護能充分發(fā)揮材料承載力的效用，噴層柔性大且能夠與圍巖緊密粘結(jié)，因此主要是受壓或剪切破壞，它比傳統(tǒng)支護更能發(fā)揮混凝土的承載能力［8］。

3 現(xiàn)場工業(yè)試驗

3．1 試驗地點

2011年3月開始在230、232等穿脈采用方案一進行施工，在出礦進路采用方案二進行施工，2011年6月支護完成后229、231采場開始出礦。

3．2 支護成本

根據(jù)礦山提供的材料價格和消耗量計算每米支護的成本見表1、表2。

表1 素噴封閉＋噴錨網(wǎng)支護材料成本表Table 1 Supporting materials cost of plain concrete spray closed，sparging and anchoring net

表2 素噴封閉＋噴錨網(wǎng)＋鋼筋混凝土組合支護材料成本表Table 2 Combined supporting materials cost of plain concrete spray closed，sparging and anchoring net and reinforced concrete

根據(jù)上表所列數(shù)據(jù)，圖拉爾根銅鎳礦目前礦山支護成本分別為2 111．7元/m和5 723．5元/m，表中價格包含人工費用。

3．3 支護效果

在各個采用不同支護方案支護的巷道內(nèi)采用頂板離層監(jiān)測儀和收斂變形監(jiān)測儀進行為期30d的監(jiān)測，得到管縫式噴錨網(wǎng)支護技術(shù)與兩種復合支護技術(shù)在巷道頂板下沉、兩幫收縮及底鼓的變形最大值數(shù)據(jù)，見表3。

表3 支護效果對比Table 3 Comparison of supporting effects

圖4 支護效果圖Fig．4 Supporting effect graphs

2011年3月復合支護技術(shù)開始在1 250m中段節(jié)理、裂隙發(fā)育的地段應用以來，支護效果十分明顯（見圖4），與管縫式錨桿噴錨網(wǎng)支護比較，支護強度有了更大的提高，230、232等穿脈及出礦進路在采場出礦的過程中沒有出現(xiàn)過垮塌現(xiàn)象，各個出礦巷道均能正常出礦，井下礦石回收率提高3%～5%，按照礦山目前60萬t/a的生產(chǎn)能力計算，可以多出礦近2萬t礦石，經(jīng)濟效益明顯。

4 結(jié)論

1）復合支護技術(shù)適用于礦巖條件破碎至較破碎的各類巖體，根據(jù)巷道的功能和受到深孔爆破振動和出礦破壞程度的大小，針對性的選用支護方案，使巷道穩(wěn)固性大大提高的同時降低支護成本。

2）復合支護技術(shù)在圖拉爾根銅鎳礦廣泛應用，解決了軟弱巖石條件下塹溝底部結(jié)構(gòu)的支護問題，為礦山實現(xiàn)安全高效開采提供了有力的保障。

3）該支護技術(shù)的施工工藝簡單，人工操作方便，提高了礦石的回收率，使礦產(chǎn)資源得到充分利用，延長了礦山的服務年限，取得了良好的經(jīng)濟效益。

［1］于峰，張平發(fā)，蘇金財．白音諾爾鉛鋅礦采場底部結(jié)構(gòu)的設計［J］．有色礦山，2002（4）：11－13．

［2］楊承祥．深井金屬礦床高效開采及地壓監(jiān)控技術(shù)研究［D］．長沙：中南大學，2007：1－24．

［3］孟穩(wěn)權(quán)．冬瓜山銅礦階段空場嗣后充填采礦法的底部結(jié)構(gòu)選擇及優(yōu)化［J］．礦冶，2004，13（4）：4－7．

［4］夏倩．安慶銅礦大直徑深孔采礦采場底部結(jié)構(gòu)的評價［J］．有色金屬（礦山部分），2000，52（2）：19－22．

［5］李強．低品位厚大銅鎳礦體高效開采綜合技術(shù)試驗研究［D］．長沙：中南大學，2012：68－72．

［6］汪洋，孟艷平．軟弱破碎礦體開采的復合支護技術(shù)［J］．采礦技術(shù)，2012（6）：29－30．

［7］徐升．地下洞室支護理論初探［J］．四川水力發(fā)電，2011，30（2）：3－7．

［8］王寧，韓志型．金川貧礦區(qū)自然崩落法采場底部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性［J］．有色金屬，2004，56（3）：79－82．

Composite supporting technology of trench bottom structure

LI Qiang1，2，LI Mingyu3，LI Xiangdong1，2
（1．Changsha Institute of Mining Research Co．，Ltd．，Changsha 410012，China；2．National Engineering Research Center for Metal，Changsha 410012，China；3．Hami Hexin Mineral Co．，Ltd．，Hami Xinjiang 839099，China）

The supporting method and effect of stope bottom structure is experimented and studied under the condition of soft and broken rocks in Tulargen Cu－Ni Mine．Based on the principle of modern supporting structure，the composite supporting technology scheme is put forward according to the ore－rock and practical conditions．Depend on the functions of roadway and its damage degree affected by the deep hole blasting，the targeted supporting method is selected．Through composite supporting technology to maximize self－bearing capability of surrounding rock，which can keep the stability of bottom structure under the action of supporting system and surrounding rocks．This kind of supporting technology can greatly increase the stability of roadway and reduced the supporting cost，which provided a strong guarantee for the mine’s safe and high efficient mining and given some technical references for the formation and supporting method of trench bottom structure in similar mines．

soft strata；trench bottom structure；composite support of sparging and anchoring net；bolt supporting theory

TD352；TD353

Α

1671－4172（2015）04－0072－03

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．016

李強（1981－），男，采礦工程師，主要從事高效采礦技術(shù)研究。