不穩(wěn)固圍巖錨網(wǎng)支護(hù)探討

張 勇（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦,山東 萊州 261442）

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不穩(wěn)固圍巖錨網(wǎng)支護(hù)探討

張 勇
（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦,山東 萊州 261442）

摘 要：三山島新立礦區(qū)所處環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖不穩(wěn)固，具有較大開采難度與風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)此種情況為提高開采效率，必須要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的支護(hù)處理。三山島金礦井下開采經(jīng)常會(huì)遇到不穩(wěn)固圍巖的情況，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較低，為降低開采風(fēng)險(xiǎn)，可以選擇用錨網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)，本文對(duì)此方面內(nèi)容進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：井下開采；不穩(wěn)固圍巖；錨網(wǎng)支護(hù)

三山島金礦井下開采具有極大的經(jīng)濟(jì)效益，但是對(duì)于很多采場(chǎng)和巷道來說，其處于特殊地質(zhì)環(huán)境，如不穩(wěn)固圍巖，巖體會(huì)伴有節(jié)理裂隙發(fā)育情況，自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，并且具有較大的變形量，對(duì)支護(hù)處理有著嚴(yán)格的要求。如果選擇用錨網(wǎng)支護(hù)處理方式，應(yīng)結(jié)合不穩(wěn)固圍巖特點(diǎn)，總結(jié)以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基于開采實(shí)際情況，編制合理的支護(hù)方案。

1 不穩(wěn)固圍巖錨網(wǎng)支護(hù)分析

錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，如礦山、地下建筑、隧道等工程建設(shè)。對(duì)于三山島金礦來說，經(jīng)常會(huì)遇到不穩(wěn)固圍巖情況，此類圍巖整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，一般會(huì)呈現(xiàn)松散狀態(tài)，從暴露到開始失穩(wěn)冒落所需時(shí)間短，并且存在較大變形，支護(hù)施工一直都是重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。一般情況下，不穩(wěn)固圍巖開采時(shí)，支護(hù)處理會(huì)選擇用單立柱、木垛、石垛等方式，但是在開采作業(yè)過程中，會(huì)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。而進(jìn)行錨網(wǎng)支護(hù)，主要就是在開采過程中，利用錨桿與金屬網(wǎng)，對(duì)采場(chǎng)頂板圍巖進(jìn)行加固處理，改變采場(chǎng)應(yīng)力狀態(tài)，提高頂板圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為開采作業(yè)的進(jìn)行提供一個(gè)良好的環(huán)境。

2 頂板圍巖錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）錨桿有效措施。對(duì)于錨桿長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，需要保證其有效長(zhǎng)度大于松動(dòng)區(qū)，并小于塑性區(qū)。尤其是對(duì)于采場(chǎng)頂板圍巖來說，其具有較大的變形可能性，為保證開采作業(yè)順利進(jìn)行，設(shè)計(jì)方案應(yīng)確保錨桿可以根據(jù)圍巖變形情況而相應(yīng)的移動(dòng)。這樣在圍巖變形過程中，錨桿支護(hù)會(huì)逐漸增加抗力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的柔韌性。

（2）錨桿支護(hù)抗力。對(duì)圍巖進(jìn)行錨桿支護(hù)時(shí)，可以允許其具有一定強(qiáng)度的塑性變形，在塑性變形發(fā)展到采場(chǎng)頂板圍巖松動(dòng)區(qū)時(shí)，錨桿需要具有一定的支護(hù)抗力，確保圍巖結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。支護(hù)抗力的大小，應(yīng)確保能夠維持頂板圍巖極限平衡即可，同時(shí)還需要維持松動(dòng)去內(nèi)滑移體重力平衡。在R＜Rb’時(shí)，采場(chǎng)頂板圍巖松動(dòng)去巖體強(qiáng)度已經(jīng)降低，則可以確定維持頂板圍巖極限平衡所需最小自護(hù)抗力為：Pbmin=X(Rb’=ro)/2，當(dāng)Rb’＜R＜Rb時(shí)，采場(chǎng)頂板圍巖位于塑性區(qū)，在塑性區(qū)剛出現(xiàn)時(shí)，R=Rb位置具有最大壓力，則維持頂板圍巖極限平衡所需最大支護(hù)力為：Pbmax=Po(1-sin＜)-C1cos＜，錨桿極限支護(hù)抗力為：Rbmin＜Rb＜Rmax[1]。其中，R表示塑性區(qū)半徑，單位m；Po表示頂板巖體初始應(yīng)力，單位MPa；ro表示采場(chǎng)近似為原型硐室半徑，單位m；

（3）錨桿網(wǎng)度設(shè)計(jì)。錨桿加固處理理論依據(jù)為錨桿群組作用機(jī)理，即通過錨桿與圍巖擠壓組合作用，為圍巖提供支護(hù)抗力，對(duì)其結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，最終形成整體柔韌支護(hù)結(jié)構(gòu)。則網(wǎng)度為：

其中，K1表示錨桿錨固系數(shù)。

（4）鋼筋網(wǎng)設(shè)計(jì)。鋼筋網(wǎng)需要與所有錨桿相互連接在一起，形成一個(gè)大范圍的立體結(jié)構(gòu)，對(duì)不穩(wěn)固圍巖進(jìn)行支護(hù)，提高其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。鋼筋網(wǎng)的設(shè)計(jì)，可以提供支承點(diǎn)來進(jìn)行支撐，同時(shí)也可以分散巖體地壓，促使圍巖能夠維持在應(yīng)力平衡狀態(tài)，避免開采過程中出現(xiàn)圍巖松脫或者垮落等問題，提高開采作業(yè)安全性。

3 不穩(wěn)固巖錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)實(shí)例分析

（1）工程概述。以三山島金礦新立礦區(qū)開采為例，本礦井開采深度在480m以上，礦體為緩傾斜分支多層礦體，主要為進(jìn)路分層充填法與普通分層采礦法。對(duì)礦區(qū)巖體結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，其蝕變程度增加，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，巷道兩幫收縮嚴(yán)重，并且存在較為嚴(yán)重的頂板塌陷情況，原有支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠起到的作用十分有限，開采作業(yè)實(shí)施時(shí)將要面對(duì)較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)礦井巷道實(shí)際情況，結(jié)合圍巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，支護(hù)施工方法一般選擇用混凝土砌碹、漿砌石塊、工字鋼支架以及管縫錨桿配合金屬網(wǎng)等形式，但是就總體處理效果來看，并不能完全解決巷道變形與破壞問題。

（2）錨網(wǎng)支護(hù)設(shè)計(jì)。1）設(shè)計(jì)分析。結(jié)合本礦區(qū)圍巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以確定其主要受節(jié)理裂隙切割影響，結(jié)構(gòu)整體性差，以頂板冒落與片幫形式為代表巖層低壓活動(dòng)明顯。目前所存支護(hù)結(jié)構(gòu)為，管縫錨桿、鋼支架等，并不能形成一個(gè)完整的支護(hù)體系，支護(hù)效果有限。針對(duì)此可以選擇用應(yīng)用樹脂錨桿，其具有較錨固效果，并且錨固劑膠凝固化所需時(shí)間短，能夠在短時(shí)間內(nèi)增加圍巖預(yù)緊力。可以快速阻止圍巖結(jié)構(gòu)初始變形，同時(shí)還可以避免錨桿自身初始滑移而造成巷道早期裂縫的產(chǎn)生。最終確定，選擇應(yīng)用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿與錨網(wǎng)支護(hù)組合支護(hù)形式；2）設(shè)計(jì)方案。選擇應(yīng)用樹脂錨桿，材質(zhì)為左旋螺旋鋼，結(jié)合巷道實(shí)際情況，設(shè)計(jì)頂板錨桿長(zhǎng)度為2.2m，直徑為20mm，而兩幫錨桿長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為1.9m，直徑為20mm。錨桿孔直徑設(shè)計(jì)為32mm，錨桿間距設(shè)計(jì)為1m[2]。為降低施工難度，錨桿眼設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定角度，兩幫眼不低于85°，頂眼應(yīng)大于80°。每個(gè)錨桿孔所選用數(shù)值錨固劑為快速規(guī)則28mm×600mm，以及中速樹脂藥卷28mm×600mm。鋼筋網(wǎng)選擇用8#鋼絲編制，規(guī)格設(shè)計(jì)為1.3m×2.5m，網(wǎng)度為80mm×80mm，鋼筋梁設(shè)計(jì)為兩條平行8mm盤圓，其中間距控制在100mm，利用點(diǎn)焊方法制作。另外，對(duì)于采場(chǎng)頂板與兩幫應(yīng)選擇菱形金屬網(wǎng)，并且相鄰兩網(wǎng)之間需要至少搭接100mm，為保證其施工質(zhì)量，還應(yīng)每隔200mm用10#鐵絲網(wǎng)進(jìn)行綁扎處理，確保可以形成一個(gè)穩(wěn)定性高的整體鋼筋網(wǎng)，提高圍巖支護(hù)加固效果；3）施工要點(diǎn)。在進(jìn)行錨網(wǎng)施工時(shí)，要注意做好光面爆破處理，提高爆破面的平整度。即在爆破后對(duì)圍巖進(jìn)行撬毛處理，對(duì)于需要安裝錨網(wǎng)的巖石面要確保其不存在浮石。并且，打眼與安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范來進(jìn)行，做好錨桿規(guī)格、孔徑、孔位以及孔深的檢查，保證每個(gè)細(xì)節(jié)均滿足施工要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

為提高礦井開采綜合效率，降低工作面施工危險(xiǎn)性，需要結(jié)合不穩(wěn)固圍巖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)原有支護(hù)加固技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。錨網(wǎng)支護(hù)為一種有效的加固方式，需要從專業(yè)技術(shù)角度出發(fā)，做好每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，控制好施工行為，爭(zhēng)取提高對(duì)圍巖的加固效果。

參考文獻(xiàn)：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.194