淺談徐家溝銅礦巷道支護優(yōu)化

馬成俊

西北有色七一一總隊有限公司 陜西漢中 723000

1 礦山概況

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

目前開拓巷道（斜井和平巷）850m水平及以下都采用120mm-160mm號的工字鋼制作的門字型鋼支架和鋼拱架，沿井巷長度方向間隔250mm左右密集支護，局部還加裝有120mm-160mm號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，采準、切割巷道采用梯形工字鋼全斷面剛支護，但是地壓嚴重顯現，巷道隨處可見幫臌、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明顯加重。由于上述地壓顯現，每間隔半年左右，巷道、斜井都必須清底、削幫或重新支護、鋪軌，不僅嚴重增加了采礦成本，同時也影響礦石回采率。

2 巖石物理、力學性質

徐家溝銅礦床主要巖性物理、力學性質，見下表。

3 巷道鋼支護變形破壞分析

巷道所架設的支護要承受什么樣的荷載，原巖應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之上，而是通過作用于圍巖起作用[2]。通常所稱支護荷載是指圍巖作用于支護體的壓力，按荷載性質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因素共同作用的結果。

3.1 普通的梯形、拱形鋼支架支護治標不治本

巷道采用普通法進行掘進，開挖后按照正常施工工序通風、排險、出渣、支護，破碎巖石在裸露空間時間過長，因此在時間上不能及時對圍巖的破壞進行支護作用。支護方式采用普通的梯形、拱形鋼支架支護，同時巷道頂、幫壁貼合度不夠，沒有對圍巖起到緊固的作用，受圍巖自身遇水膨脹特性和周圍巷道掘進爆破震動影響，巷道松動圈不停的擴張，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間而增加

圍巖松動圈是變形壓力的根源，采用普通巷道掘進的爆破震動對破碎圍巖的傷害比較大，隨著時間的增加，暴露巖體強度不斷下降，松動圈將進一步擴展，圍巖中所產生的破壞縫多，變形量就大。在松動圈發(fā)展過程中，靠近巷道表面的破壞縫在深部松動圈擴展所產生的變形壓力的作用下，裂縫的擴張程度會加大，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 巷道生產水對支護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，中深孔鉆機采用風動、水冷卻鉆頭，因此在施工中深孔時所需水量比較大，生產水隨著圍巖裂隙、節(jié)理、斷層不斷的滲透，致使圍巖膨脹變形，而且速度越變越快，膨脹力超出鋼支架承載能力，鋼支架變形破壞[4]．

4 巷道支護方案優(yōu)化

通過上述原因分析，有針對性的對巷道支護方式進行優(yōu)化，從圍巖產生變形源頭上抓起，從根本上進行改變巷道支護變形現狀。

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

（2）減短裸露巷道暴露時間，采用機械加強通風，減短排煙時間，加快出渣進度。

（3）對新掘進裸露巷道采用全斷面噴射50～80mm厚的混凝土封閉處理，對巷道做前期基本耦合支護。阻斷新掘進圍巖與外部空氣中的水接觸形成保護層，具有一定的抗壓能力，同時充填巷道斷面不平整，減少松散圍巖裂隙進一步位移量。

（4）待變形地壓釋放、變形基本穩(wěn)定、噴混體還未出現破裂縫之前，采用預應力樹脂錨干（帶托盤）和鋼條網支護聯合支護，并對錨桿予以應力。由于施工巷道凈規(guī)格為2．5m×2．5m（寬×高），因此采用錨桿長度為2．2m，錨桿排距為0．8-1．0m。鋼條網采用直徑16mm鋼筋焊接，規(guī)格為成0．2m×0．2m×2．6m條形網。

巖石物理性質

巖體力學參數表

（5）錨網支護后再等到變形基本穩(wěn)定后，再噴射50-80mm厚的混凝土永久封閉。

（6）對支護完成的巷道進行位移觀測。

5 噴錨（樹脂錨桿）網聯合支護優(yōu)點

（1）巷道開挖后進行噴漿處理，阻斷外部水對圍巖的作用，防止水的滲透導致圍巖膨脹。

（2）在巷道開挖以后，圍巖初始位移量非常大。巷道開挖后及時安裝樹脂錨桿，并施加一定的預應力，提高圍巖承載力，與圍巖形成一個整體，能控制圍巖的初始位移量，而且樹脂錨桿可以在高應力破碎巖體中形成高強度粘接力。巷道周圍2．4m范圍內的圍巖起到緊固，有效的遏制松動圈的擴展[5]。

（3）采用錨網聯合支護支護將巷道周圍圍巖緊固，降低圍巖裂縫的變形膨脹，有效的減緩了圍巖變形壓力。

（4）錨網支護以后，采用樹脂錨桿、鋼筋條網與圍巖形成擠壓拱，該擠壓拱能承受巷道開挖以后形成圍巖的壓力，在巷道圍巖來壓以后，整個壓縮拱形成一個共同承受圍壓壓力。

（5）噴錨網聯合支護節(jié)約支護材料費用，降低巷道掘進成本。

6 結語

錨桿的力學特性是錨桿與圍巖相互作用的結果，是錨桿的約束圍巖變形的實際工作狀況的力學反映。高壓力噴射混凝土是阻隔圍巖與空氣接觸，同時提高圍巖的抗壓強度。采用高預應力錨桿（樹脂錨桿），能夠立即對圍巖施加足夠的預應力，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緊力，是巷道圍巖的受拉截面拉應力降低。錨桿給圍巖施加一定的預緊力產生的摩擦力大大提高了圍巖的抗剪切強度。進而避免了巷道圍巖過早的出現裂縫，減緩圍巖的弱化。噴漿、錨桿和鋼條網相結合，形成整體結構，噴錨網支護以后的圍巖，其抗壓、抗拉、抗剪以及殘余強度均有提高，改善了圍巖的應力狀態(tài)。形成壓縮拱結構，共同維護巷道圍巖的穩(wěn)定性。該支護方法很適合目前徐家溝銅礦高應力破碎巖體中巷道支護。