錫礦山銻礦圍巖分級及錨噴支護實踐研究

楊小平

（錫礦山閃星銻業有限責任公司，湖南 冷水江417502）

錫礦山銻礦田包括老礦山、童家院、飛水巖及物華等四個工業礦床[1]，礦床呈緩傾斜似層狀產出，上盤不穩固，礦體與下盤穩固，采用上盤豎井開拓，應用空場采礦法回采，嗣后一次充填處理采空區。以往巷道采用料石或混凝土支護，采場頂板留0.8～1.2m的礦石護頂。為了節省巷道支護費用，加快掘進速度，提高采場開采回采率，依據國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術規范》（GB50086－2001），根據礦床圍巖的巖體結構、巖性以及開挖體的大小、幾何形態、開挖方式進行了錨噴圍巖分級方法研究，并對不同工程的錨噴支護類型和設計參數進行探索。以滿足既能保證生產安全，又能避免工程支護能力過剩，符合技術先進，經濟合理、安全適用的要求。

1 地質條件與巖體力學性質

錫礦山銻礦位于新華夏構造體系雪峰山隆起帶的東南側，處于沉降和隆起分異構造運動較激烈的地帶，褶皺和斷裂十分發育。區域褶皺為一兩端傾沒的復式背斜，西翼被西部大斷裂切割而遭到破壞，東翼則組成幾個次一級斜列的兩端傾沒的短軸背斜。斷裂主要為縱貫全區的西部主干大斷裂和其入字型分枝斷裂，走向北北東，傾向北西，傾角60～40°，屬張扭性斷裂，其次為走向北北西和北東東兩組扭性斷裂，以及走向近于東西的張性斷裂，一般長數十米至百余米[2]。

錫礦山銻礦田處于多種構造體系復合部位，并經多次不同方向，不同性質的應力作用，使構造變得非常復雜。礦床產于西部入字型斷裂下盤幾個次一級兩端傾沒的短軸背斜中。礦床大小及分布范圍受背斜形態和大小所控制。主要礦體均賦存在厚110m鈣質頁巖之下的佘田橋組中段石灰巖的硅化灰巖中，產狀為緩傾斜。由于此段灰巖夾有多層黑色頁巖起到次屏蓋層的作用，礦體也具有多層性，其形態、產狀和規模也有差異[1，3]。

巖體分為灰巖、頁巖和礦巖三種類型，灰巖穩固，普氏系數為10～16，容重26.8kN／m3、抗壓強度110.26MPa、抗 拉 強 度 5.55MPa、彈 性 模 量E55.50GPa、泊松比0.161；頁巖不穩固，普氏系數為3～4，容重26.2kN／m3、抗壓強度27.33MPa、抗拉強度3.27MPa、彈性模量 E5.50GPa、泊松比0.209；礦巖很穩固，普氏系數為10～20，容重26.7kN／m3、抗 壓 強 度 161.73MPa、抗 拉 強 度15.21MPa、彈性模量E47.94GPa、泊松比0.115。

2 錨噴圍巖分級方法

2.1 錨噴圍巖分級依據

我國金屬礦山錨噴圍巖級別的劃分根據巖石堅硬性、巖石完整性、結構面特性、地下水和地應力狀況、毛硐穩定狀態等因素綜合確定，為開挖體圍巖錨噴支護設計選擇提供參數和依據。錫礦山銻礦錨噴圍巖分級依據國家標準《錨桿噴射混凝土支護技術規范》（GB50086－2001）中錨噴圍巖分級內容劃分。

2.2 錨噴圍巖分級方法

由于錫礦山銻礦賦存礦體的巖體結構、巖性的復雜性，圍巖級別的劃分不能簡單處理，而要根據不同巖體結構、巖性及水文地質條件區別對待。錫礦山銻礦錨噴圍巖根據不同巖體結構、巖性，參照國家標準劃分為五級。

1）Ⅰ級圍巖。厚層狀結構灰巖，整體狀及層間結合良好，硅化或局部硅化，f＝10～20，構造影響較微，偶有小斷層。結構面不發育，僅有兩到三組，平均間距大于0.8m，以原生和構造節理為主，多數閉合，無泥質充填，不貫通。毛硐跨度5～10m時，長期穩定，無碎塊掉落。

2）Ⅱ級圍巖。中厚層或厚層結構灰巖，塊狀結構和層間結合較好，無硅化，f＝8～20，構造影響較重，有少量斷層。結構面較發育，一般為三組，平均間距0.4～0.8m，以原生和構造節理為主，多數閉合，偶有泥質充填，貫通性較差，有少量軟弱結構面。毛硐跨度5～10m時，圍巖能較長時間（數月至數年）維護穩定，僅出現局部小塊掉落。

3）Ⅲ級圍巖。厚層狀結構頁巖，整體狀及層間結合良好，f＝3～6，構造影響輕微，偶有小斷層。結構面不發育，僅有兩到三組，平均間距大于0.8m。毛硐跨度5～10m時，圍巖能維持一個月以上的穩定，主要出現局部掉塊、塌落。

4）Ⅳ級圍巖。薄層和軟硬巖互層結構炭質頁巖，層間結合不良，f＝2～4，構造影響嚴重，結構面發育，一般為三組以上，平均間距0.2～0.4m，以構造、風化節理為主。毛硐跨度5m時，圍巖能維持數日到一個月的穩定，主要失穩形式為冒落或片幫。

5）Ⅴ級圍巖。散體狀結構，主要是F75、F3、F219等大斷裂的層間破碎帶以及厚層灰巖中的泥質充填溶洞。構造影響很嚴重，多數為破礦帶、全強風化帶、破碎帶交匯部位。構造及風化節理密集，節理面及其組合雜亂，形成大量碎塊體，塊體層多數為泥質充填，甚至呈石夾土狀或土夾石狀。毛硐跨度5m時，圍巖穩定時間很短，約數小時至數日，甚至一出露即塌落。

3 錨噴支護類型和設計參數的選擇

錨噴支護設計是錨噴支護工程施工作業的依據。錫礦山銻礦錨噴支護的設計，一般采用工程類比法，對井巷和采場分別進行設計。

3.1 井巷支護設計

錫礦山銻礦礦床開拓方式是上盤豎井開拓，主井設置箕斗，提升礦石和廢石，副井設置罐籠，上下材料和人員、中段高段30～50m不等。豎井大部分穿過厚層頁巖，采用混凝土支護，中段石門、車場、中段主干風巷、中段間斜井、沿脈、穿脈、運輸平巷，以及各種硐室則根據圍巖的巖體結構、巖性及開挖體的大小和幾何形態區別對待。

1）對于中段石門、主干風巷、中段間斜井、沿脈、穿脈、運輸平巷，毛硐跨度不大于5m，Ⅰ級圍巖不支護；Ⅱ級圍巖噴射50mm厚的混凝土；Ⅲ級圍巖設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，見圖1。錨桿安裝網度1m×1m，并噴射50mm厚的混凝土；Ⅳ級圍巖設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，錨桿安裝網度1m×1m，并噴射80～100mm厚的混凝土；Ⅴ級圍巖一般采用料石或混凝土仰拱，厚度不小于300mm。

圖1 快硬水泥卷錨桿

2）對于中段車場以及各種硐室，毛硐跨度一般在5～10m間，Ⅰ級圍巖噴射50mm厚的混凝土；Ⅱ級圍巖設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，安裝網度1m×1m，并噴射50mm厚的混凝土；Ⅲ級圍巖設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，安裝網度1m×1m，并噴射80～100mm厚的混凝土；Ⅳ級圍巖設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，安裝網度1m×1m，并噴射100～150mm厚鋼筋混凝土；Ⅴ級圍巖采用料石或混凝土仰拱，厚度不少于300mm。

3.2 采場支護設計

錫礦山銻礦目前采用的采礦方法有膠結充填法（亦稱人工壁柱房柱法）、普通房柱法、桿柱砂漿充填法、桿柱房柱法。中厚以上礦體視品位高低和地表需要保護程度分別采用膠結充填法和普通房柱法開采，薄礦體亦視品位高低和地表需要保護程度采用桿柱房柱法開采和桿柱砂漿充填法[3]，桿柱房柱法采礦示意圖見圖2，桿柱砂漿充填采礦法見圖3。

圖2 桿柱房柱采礦方法示意圖

圖3 錨桿護頂砂漿充填采礦法

兩種采礦方法的礦塊垂直走向布置，長為60m左右，礦房跨度6～15m。其采礦方法的顯著特征是采用空場法回采，嗣后用膠結充填料或塊石與分級尾礦充填處理采空區。

膠結充填法礦塊沿走向劃分為礦壁和礦房，礦壁跨度為8m，礦房跨度為8～10m，用空場法先回采礦壁，嗣后用膠結充填料充填，待充填體達到一定的抗壓強度后，再回采礦房，采空區用塊石或分級尾礦充填。回采過程中，當采場頂板不穩固時，留0.8～1.2m的礦石護頂層。如局部不慎破壞了礦石護頂，暴露的炭質頁巖（Ⅳ級圍巖）設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，網度1m×1m，噴射100～150mm厚鋼筋網混凝土。F75、F3、F219等大斷裂層（Ⅴ級圍巖）如局部暴露，則設置2.5m長的快硬水泥卷錨桿，網度1m×0.8m，噴射150～200mm厚鋼筋混凝土保護。普通房柱法采場支護與膠結充填法相同。

桿柱砂漿充填法礦塊沿走向劃分為礦壁和礦房，跨度均為6m，因礦體厚度薄，采場頂板不留礦石護頂，直接采到頁巖層，頂板保護設置2.0m長的快硬水泥卷錨桿，網度1m×1m。桿柱房柱法采場支護與桿柱砂漿充填法相同。

3.3 支護參數

噴射混凝土的設計強度不低于C15，1天齡期的抗壓強度不低于5MPa，體積密度取2200kg／m3。噴射混凝土與圍巖的粘結強度：Ⅰ、Ⅱ級圍巖不低于0.8MPa，Ⅲ級以上圍巖不低于0.5MPa[4]。鋼筋網材料采用Ⅰ級鋼筋，直徑為4～12mm，鋼筋間距為150～300mm，鋼筋保護層厚度不小于20mm。井巷噴射混凝土支護應覆蓋頂板和兩幫，采場噴射混凝土支護僅限于頂板，與頂板連接處的墻體支護高度不超過0.5m。

4 結 論

為確保錨桿噴射混凝土支護工程的設計施工既能保證生產安全，又能避免工程支護能力過剩，以符合技術先進，經濟合理、安全適用的要求，根據開挖體圍巖的巖體結構、巖性與開挖體的大小與幾何形態對圍巖進行錨噴分級研究，對不同級別圍巖以及工程需要保護程度設計選擇了不同的錨噴支護類型和參數。采用錨桿噴射混凝土支護巷道較料石支護節省40%的費用，同時加速了掘進進度；采場采用錨桿噴射混凝土支護替代礦石護頂層，可提高開采回采率5%以上，取得了較好的安全技術和經濟效果。

[1]唐湘華.錫礦山銻礦保安礦柱安全開采技術研究與應用[J].湖南有色金屬，2015，31（1）：5－7.

[2]楊小平，祝祿發，于水.重要建（構）筑物下保安礦柱開采試驗研究[J].采礦技術，2012，12（5）：7－8.

[3]翟文斌.探采結合在錫礦山銻礦開采中的實踐[J].湖南有色金屬，2015，31（2）：5－10.

[4]趙程偉.塔山礦主平峒噴射混凝土支護施工[J].山西水利科技，2004（3）：47－48.