黑破巖巷道掘進支護方案研究

王輝林，李艷剛，馬鴻錄，黃生福，林衛星

(1.西部礦業股份有限公司，青海 西寧 810000；2.長沙礦山研究院有限責任公司，湖南 長沙 410012；3.國家金屬采礦工程技術研究中心，湖南 長沙 410012)

0 引言

近些年，破碎圍巖的支護理論研究在國內外工程領域受到了廣泛關注，許多學者針對破碎圍巖的支護進行了大量研究，提出了諸如巖性轉化理論、聯合支護理論、圍巖強度強化理論及錨桿支護理論等[1-5]，但這些理論在實踐過程中遇到了許多問題，包括理論難以運用、支護成本太高以及支護技術選擇困難等。目前提高破碎巷道支護效果的技術手段主要有提高支護系統強度和提高支護系統柔性2種方法[6-8]，為破碎圍巖支護提供了發展方向。

當前，針對礦山復雜的礦巖條件，采用C20砼支護的經濟成本較高，而采用噴錨支護的效果又不是特別理想。因此，本文結合礦山中段運輸巷、穿脈、聯絡巷等永久或重要巷道工程，針對黑破巖揭露 1～2 d后垮塌及隨掘隨垮的問題進行了支護方案研究，取得了重要成效，為礦山安全生產提供了保障。

1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌的巷道支護

1.1 支護方案

針對黑破巖揭露1～2 d后垮塌的情況，采用隨掘隨支（支護進尺與掘進爆破進尺一致），噴第一層漿后進行錨網掛設，最后噴第二層漿的噴錨網聯合支護方案。

（1）第一層噴漿。第一層噴漿厚度為20 mm，砂漿強度要求大于C15；選用325普通硅酸鹽水泥，采用粒徑在 0.35～0.5 mm范圍內的中砂或粒級大于0.5 mm的粗砂，細度模數應大于2.5，不選用細砂，卵石或碎石選用粒徑小于或等于15 mm的。為增強混凝土的和易性及強度，并達到節約水泥的目的，可以適量加入減水劑（水泥質量的 0.5%～1.0%），同時可以改善混凝土的不透水性，減少回彈，砂漿配合比為水泥:中砂:石子為1:2:2，水灰比為0.4～0.45。

（2）錨桿及錨網的架設。鋼筋網采用直徑6～8 mm的I級鋼筋，網度為100 mm×100 mm或150 mm×150 mm。管縫式錨桿長度為2.0～2.5 m，直徑為43 mm，間距為1.5 m×（1.5～2.0）m，錨桿安裝需與掘進爆破保持一致。

（3）第二層噴漿。掛網后再噴一次砂漿，強度、砂漿材料、配合比、水灰比與第一層砂漿相同，但噴漿厚度為50 mm，支護設計見圖1。

圖1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌的巷道支護設計

1.2 支護數值模擬研究

根據圍巖力學參數建立Phase2數值模型，模擬與實際情況對應的支護工程，得到黑破巖揭露1～2 d后，垮塌巷道未支護條件下與支護條件下的圍巖狀態，結果見表1和圖2～圖4。

圖2 巷道未支護時圍巖穩定情況

圖3 巷道錨桿支護后圍巖穩定情況

圖4 巷道C20砼支護后圍巖穩定情況

表1 黑破巖揭露1～2 d后垮塌巷道模擬結果

由表1可知，巷道支護后，巷道變形位移減小，塑性區減小，距離巷道相同位置處的圍巖強度系數得到了提高，說明采用噴錨網隨掘隨支的支護方案具有良好的效果。

2 黑破巖揭露后隨掘隨垮的巷道支護

2.1 支護方案

針對黑破巖揭露后隨掘隨垮的情況，采用先打錨桿，再噴漿，然后掛網，最后再噴漿的噴錨網聯合支護方案。

（1）安置管縫式錨桿。錨桿長度為2.5～3 m，錨桿直徑為43 mm，錨桿間距根據現場情況分別采用1.0 m×1.5 m，1.5 m×1.5 m或1.5 m×2.0 m的支護網度。

（2）第一層噴漿。第一層噴漿參數同第一種情況的支護參數。

（3）錨桿及錨網的架設。鋼筋網采用直徑6～8 mm的I級鋼筋，網度為100 mm×100 mm或150 mm×150 mm。管縫式錨桿直徑為43 mm，長度為2.5～3 m，錨桿間距能滿足現場掛網需要即可。

（4）第二層噴漿。掛網后再噴一次砂漿，強度要求、砂漿材料、配合比、水灰比與第一層砂漿相同，但噴漿厚度為50 mm。支護設計如圖5所示。

圖5 揭露后隨掘隨垮的巷道支護設計

2.2 支護數值模擬研究

根據圍巖力學參數建立Phase2數值模型，模擬與實際情況對應的支護工程，得到黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道未支護條件下與支護條件下的圍巖狀態，結果見圖6～圖8和表2。

圖6 巷道未支護時圍巖穩定情況

圖7 巷道錨桿支護后圍巖穩定情況

圖8 巷道C20砼支護后圍巖穩定情況

由表2可知，黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道支護后，巷道變形位移減小，塑性區減小，距離巷道相同位置處的圍巖強度系數得到了提高，說明先打入管縫式錨桿，再噴漿，然后掛網并打錨桿，最后再噴漿的聯合支護方案具有良好的效果。

表2 黑破巖揭露后隨掘隨垮巷道模擬結果

綜上所述，在不支護的條件下，黑破巖圍巖變形相對嚴重，產生的應力較大，塑性區范圍較大，圍巖強度系數小于 1，圍巖會發生垮落。而錨網噴支護能夠有效抑制圍巖變形，弱化巷道周圍應力的增大，減小巷道圍巖塑性區，提高圍巖承載能力，確保圍巖整體的穩定性。上述研究結果表明，采用錨噴網支護能有效控制巷道變形垮塌。礦山目前采用C20砼支護，可以保證巷道的穩定性，且比錨網噴支護效果更好，但是砼支護的成本較高，在保證支護效果的前提下，應盡可能節省支護成本，推薦采用錨網噴支護。

3 結論

（1）對掘進后不同時間垮塌的黑破巖巷道進行了支護方案優化，支護工藝和技術充分適應圍巖大變形的特點和要求，基本上解決了巷道的支護問題，保證了礦山的正常安全生產。

（2）通過模擬效果對比，建議在保證支護效果的前提下，盡可能選用支護成本更低的錨網噴支護。