淺談徐家溝銅礦巷道支護(hù)優(yōu)化

馬成俊

西北有色七一一總隊(duì)有限公司 陜西漢中 723000

1 礦山概況

徐家溝銅礦巷道周邊30-60m厚分布著片理化細(xì)碧巖，局部侵入10多米厚的滑鎂巖（滑石菱鎂巖），下伏炭質(zhì)板巖與上述細(xì)碧巖整合接觸。滑鎂巖和細(xì)碧巖不僅節(jié)理裂隙極其發(fā)育、破碎，還含有約20%的膨脹巖[1]。礦山掘進(jìn)巷道主要集中在片理化細(xì)碧巖巖性層，而且越往深部呈現(xiàn)出越破碎的跡象。

目前開(kāi)拓巷道（斜井和平巷）850m水平及以下都采用120mm-160mm號(hào)的工字鋼制作的門(mén)字型鋼支架和鋼拱架，沿井巷長(zhǎng)度方向間隔250mm左右密集支護(hù)，局部還加裝有120mm-160mm號(hào)的工字鋼鋼底梁并全斷面或除底板外的井巷斷面噴混支護(hù)，采準(zhǔn)、切割巷道采用梯形工字鋼全斷面剛支護(hù)，但是地壓嚴(yán)重顯現(xiàn)，巷道隨處可見(jiàn)幫臌、幫鋼梁鼓出、鋼頂梁下彎、底臌、軌道上彎、鋼梁或軌道扭曲，而且局部積水處巷道地壓顯現(xiàn)明顯加重。由于上述地壓顯現(xiàn)，每間隔半年左右，巷道、斜井都必須清底、削幫或重新支護(hù)、鋪軌，不僅嚴(yán)重增加了采礦成本，同時(shí)也影響礦石回采率。

2 巖石物理、力學(xué)性質(zhì)

徐家溝銅礦床主要巖性物理、力學(xué)性質(zhì)，見(jiàn)下表。

3 巷道鋼支護(hù)變形破壞分析

巷道所架設(shè)的支護(hù)要承受什么樣的荷載，原巖應(yīng)力是地下工程圍巖變形破壞的直接荷載，但它并不直接作用于支護(hù)之上，而是通過(guò)作用于圍巖起作用[2]。通常所稱(chēng)支護(hù)荷載是指圍巖作用于支護(hù)體的壓力，按荷載性質(zhì)可分為松散破裂圍巖自重壓力、圍巖變形壓力和巖石的吸水膨脹變形壓力。徐家溝銅礦鋼支架變形主要如下幾個(gè)因素共同作用的結(jié)果。

3.1 普通的梯形、拱形鋼支架支護(hù)治標(biāo)不治本

巷道采用普通法進(jìn)行掘進(jìn)，開(kāi)挖后按照正常施工工序通風(fēng)、排險(xiǎn)、出渣、支護(hù)，破碎巖石在裸露空間時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因此在時(shí)間上不能及時(shí)對(duì)圍巖的破壞進(jìn)行支護(hù)作用。支護(hù)方式采用普通的梯形、拱形鋼支架支護(hù)，同時(shí)巷道頂、幫壁貼合度不夠，沒(méi)有對(duì)圍巖起到緊固的作用，受?chē)鷰r自身遇水膨脹特性和周?chē)锏谰蜻M(jìn)爆破震動(dòng)影響，巷道松動(dòng)圈不停的擴(kuò)張，破碎巖石在自重和圍巖的膨脹致力的作用下，使鋼支架承載力不斷加大，直至鋼支架變形破壞[3]。

3.2 圍巖變形壓力隨著時(shí)間而增加

圍巖松動(dòng)圈是變形壓力的根源，采用普通巷道掘進(jìn)的爆破震動(dòng)對(duì)破碎圍巖的傷害比較大，隨著時(shí)間的增加，暴露巖體強(qiáng)度不斷下降，松動(dòng)圈將進(jìn)一步擴(kuò)展，圍巖中所產(chǎn)生的破壞縫多，變形量就大。在松動(dòng)圈發(fā)展過(guò)程中，靠近巷道表面的破壞縫在深部松動(dòng)圈擴(kuò)展所產(chǎn)生的變形壓力的作用下，裂縫的擴(kuò)張程度會(huì)加大，作用在鋼支架的變形力不斷加大致使鋼架發(fā)生變形破壞。

3.3 巷道生產(chǎn)水對(duì)支護(hù)變形破壞起到加速催化作用

徐家溝銅礦采用中深孔崩落法，中深孔鉆機(jī)采用風(fēng)動(dòng)、水冷卻鉆頭，因此在施工中深孔時(shí)所需水量比較大，生產(chǎn)水隨著圍巖裂隙、節(jié)理、斷層不斷的滲透，致使圍巖膨脹變形，而且速度越變?cè)娇欤蛎浟Τ鲣撝Ъ艹休d能力，鋼支架變形破壞[4]．

4 巷道支護(hù)方案優(yōu)化

通過(guò)上述原因分析，有針對(duì)性的對(duì)巷道支護(hù)方式進(jìn)行優(yōu)化，從圍巖產(chǎn)生變形源頭上抓起，從根本上進(jìn)行改變巷道支護(hù)變形現(xiàn)狀。

（1）巷道掘進(jìn)采用普通施工法，鉆孔施工時(shí)采用濕式作業(yè)，控制好鉆進(jìn)水流量，降低生產(chǎn)水對(duì)圍巖的破壞，同時(shí)減少生產(chǎn)用水浪費(fèi)。施工斷面為三心拱，采用光面爆破，多打眼、少裝藥、降低爆破震動(dòng)對(duì)圍巖的破壞。

（2）減短裸露巷道暴露時(shí)間，采用機(jī)械加強(qiáng)通風(fēng)，減短排煙時(shí)間，加快出渣進(jìn)度。

（3）對(duì)新掘進(jìn)裸露巷道采用全斷面噴射50～80mm厚的混凝土封閉處理，對(duì)巷道做前期基本耦合支護(hù)。阻斷新掘進(jìn)圍巖與外部空氣中的水接觸形成保護(hù)層，具有一定的抗壓能力，同時(shí)充填巷道斷面不平整，減少松散圍巖裂隙進(jìn)一步位移量。

（4）待變形地壓釋放、變形基本穩(wěn)定、噴混體還未出現(xiàn)破裂縫之前，采用預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨干（帶托盤(pán)）和鋼條網(wǎng)支護(hù)聯(lián)合支護(hù)，并對(duì)錨桿予以應(yīng)力。由于施工巷道凈規(guī)格為2．5m×2．5m（寬×高），因此采用錨桿長(zhǎng)度為2．2m，錨桿排距為0．8-1．0m。鋼條網(wǎng)采用直徑16mm鋼筋焊接，規(guī)格為成0．2m×0．2m×2．6m條形網(wǎng)。

巖石物理性質(zhì)

巖體力學(xué)參數(shù)表

（5）錨網(wǎng)支護(hù)后再等到變形基本穩(wěn)定后，再?lài)娚?0-80mm厚的混凝土永久封閉。

（6）對(duì)支護(hù)完成的巷道進(jìn)行位移觀測(cè)。

5 噴錨（樹(shù)脂錨桿）網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)優(yōu)點(diǎn)

（1）巷道開(kāi)挖后進(jìn)行噴漿處理，阻斷外部水對(duì)圍巖的作用，防止水的滲透導(dǎo)致圍巖膨脹。

（2）在巷道開(kāi)挖以后，圍巖初始位移量非常大。巷道開(kāi)挖后及時(shí)安裝樹(shù)脂錨桿，并施加一定的預(yù)應(yīng)力，提高圍巖承載力，與圍巖形成一個(gè)整體，能控制圍巖的初始位移量，而且樹(shù)脂錨桿可以在高應(yīng)力破碎巖體中形成高強(qiáng)度粘接力。巷道周?chē)?．4m范圍內(nèi)的圍巖起到緊固，有效的遏制松動(dòng)圈的擴(kuò)展[5]。

（3）采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)支護(hù)將巷道周?chē)鷩鷰r緊固，降低圍巖裂縫的變形膨脹，有效的減緩了圍巖變形壓力。

（4）錨網(wǎng)支護(hù)以后，采用樹(shù)脂錨桿、鋼筋條網(wǎng)與圍巖形成擠壓拱，該擠壓拱能承受巷道開(kāi)挖以后形成圍巖的壓力，在巷道圍巖來(lái)壓以后，整個(gè)壓縮拱形成一個(gè)共同承受?chē)鷫簤毫Α?/p>

（5）噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)節(jié)約支護(hù)材料費(fèi)用，降低巷道掘進(jìn)成本。

6 結(jié)語(yǔ)

錨桿的力學(xué)特性是錨桿與圍巖相互作用的結(jié)果，是錨桿的約束圍巖變形的實(shí)際工作狀況的力學(xué)反映。高壓力噴射混凝土是阻隔圍巖與空氣接觸，同時(shí)提高圍巖的抗壓強(qiáng)度。采用高預(yù)應(yīng)力錨桿（樹(shù)脂錨桿），能夠立即對(duì)圍巖施加足夠的預(yù)應(yīng)力，不僅能夠阻止圍巖地初始變形，還能消除錨桿自身的初始位移，而且能給圍巖施加一定的預(yù)緊力，是巷道圍巖的受拉截面拉應(yīng)力降低。錨桿給圍巖施加一定的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力大大提高了圍巖的抗剪切強(qiáng)度。進(jìn)而避免了巷道圍巖過(guò)早的出現(xiàn)裂縫，減緩圍巖的弱化。噴漿、錨桿和鋼條網(wǎng)相結(jié)合，形成整體結(jié)構(gòu)，噴錨網(wǎng)支護(hù)以后的圍巖，其抗壓、抗拉、抗剪以及殘余強(qiáng)度均有提高，改善了圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。形成壓縮拱結(jié)構(gòu)，共同維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定性。該支護(hù)方法很適合目前徐家溝銅礦高應(yīng)力破碎巖體中巷道支護(hù)。