广西大新锰矿软岩对巷道施工支护的影响因素分析

2012-12-31闭敏学莫俊晖

中国锰业 2012年4期

闭敏学，莫俊晖

(广西锡山矿业有限公司，广西南宁 530022)

1 矿区概况

1.1 地质概况

广西大新下雷锰矿床规模宏大，矿体呈东西走向延伸9 km，沉积于褶皱基底之上。矿床为浅海相沉积，区内碳酸盐岩比较发育，呈层状脉状条带状产出，镶嵌在硅质岩中，在地下水的作用下，广泛形成岩溶裂隙及小型溶洞，加之矿体形态受控于区域性大褶皱，矿体形态较复杂，受构造影响较大，构造裂隙相当发育，局部地段岩层产状很不稳定。

下雷锰矿床的岩石类型主要有硅质岩、硅质灰岩、硅质泥岩、泥质灰岩。在泥盆系中，统东岗岭和上统榴江组之间有80～200 m不等的风化带，主要岩性为硅质泥岩，呈黄褐色、棕褐色及紫红色，风化程度较大，走向 260(°)～290(°)，并时常伴有裂隙水，该风化带平行矿体沿脉外延伸，因而在掘进脉外运输巷及相关工程时，常常会遇到此类含水风化软岩。280中段矿区地层平面示意如图1。

硅质泥岩是一种典型软岩。按地质学的岩性划分，地质软岩是指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性粘土矿物的松、散、软、弱岩层，该类岩石多为泥岩、页岩、粉砂岩和泥质砂岩等单轴抗压强度小于25 M Pa的岩石。按巷道施工的地质条件划分，软岩一般指巷道和隧道施工中常遇到的各种含粘土的岩石，如泥岩或粘土岩、粘土页岩、泥质板岩等。

图1 280中段矿区地层平面

泥岩中含有大量(50%～70%以上)颗粒＜0.005 mm的粘土。粘土的矿物成份有高岭土、伊利石或水云母和蒙脱石等。泥岩容重较轻、孔隙率大、含水量较高、单轴抗压强度较低、弹漠低、泊松比高，而且蠕变性强，在低应力条件下就可以发展到不稳定蠕变。随着含水量的改变，泥岩物理性质随着改变。软岩的膨胀性主要来自蒙脱石，蒙脱石含量越高，膨胀性就越强烈。泥岩容易风干，置于水中几天甚至几小时就会崩解，且部分泥岩风干后再遇水有膨胀性，而高岭土和伊利石膨胀微弱。所以如果巷道底板赋存泥岩，将表现为强烈的底鼓现象，若巷道四周都是泥岩，则各个方向都将产生较大的塑性变形、蠕变形，甚至膨胀变形直至开裂等，给巷道维护带来较大的困难。

1.2 施工存在的问题

广西大锰大新分公司60万t/a地采工程280中段在基建开拓阶段施工过程中常遇到风化硅质灰岩、泥岩等岩层。尤其是从11a号勘探线起往东直至280排水平硐硐口，全长4 068 m，该段几乎都是此类岩性。巷道顶板极不稳固，巷道爆破后常存在超挖现象，巷道两帮和顶板都有不同程度的塌落，出渣过程中也存在很大的困难，工作面就如同漏斗口，渣量出得越多，巷道上方的岩层塌落量越多，形成的空区越大，给掘进和支护带来极大的难度。工作面常因为此类问题停滞不前，严重影响了基建的进度，而且存在很大的安全隐患。

2 影响软岩巷道支护的因素

通过分析研究矿区施工中遇到的支护难题，整理得到了影响软岩巷道支护的7个关键因素。

2.1 采动压力影响

1)受采动压力影响，巷道破坏速度快，当巷道支护承载达到极限时，可在2个月内使巷道无法正常运输[1]。

2)巷道破坏严重，有时很难分清顶、帮、底哪部分先被破坏。

3)由于软岩在宏观上具有一定的流体特征，所以受采动压力的影响较工作面下部的巷道更严重，巷道破坏区域总体偏下。

2.2 地质构造因素的影响

1)巷道围岩主要以风化泥质岩为主，呈薄层状、间层状、夹层状等，层理胶结程度差，结构疏松，孔隙率高，对外界环境破坏承受能力差。

2)断层构造影响。通过断层的巷道在开拓时压力大，变形大，难以维护，卸压后，在一段时间内相对稳定，一旦支护体破坏后，巷道变形很快，在断层下盘容易发生局部冒顶，沿断层掘进的巷道，靠断层侧巷帮变形特别严重。所以断层或者断层附近的巷道，应尽量避免采用挂网锚喷支护方式，而要采用钢棚支护、料石碹支护或混凝土灌注支护，靠断层侧宜采用弧形断面[2]支护。

2.3 水的影响

矿区主要位于碳酸盐及硅质酸盐覆盖区，由于矿区内褶皱断层等构造较发育，岩层及矿层受构造影响程度较大，导致矿区内裂隙水也较为发育，在碳酸盐钙质含量较高的局部地段，在裂隙水的作用下极易形成小型溶洞，巷道掘进过程中遇到此类型裂隙或溶洞，常常具有突水现象，掘进面突水量在短时间内非常大，水压较大导致水喷射而出，加之围岩风化严重，巷道开挖后一段时间便会开始冒落并发生片帮，情况严重者甚至还会引起塌方[3]。

2.4 环境因素影响

1)露采爆破震动的影响。5a号勘探线以西因露采尚未结束，局部已经采到370水平，露采爆破产生的地震对巷道有一定影响。

2)采空区影响。5a～0号勘探线长度近1 000 m，该段采空区遍布，其产生的应力和叠力对巷道产生地破坏较为严重。该段是采用短掘短支的施工方法，支护规格要求为：直墙拱形现浇厚300 mm、C20强度混凝土、配抗震钢筋(网度要求为200 mm×200 mm，其中横筋φ=12 mm、竖筋φ=18 mm)。但巷道依然破坏严重。通过在巷道20个收敛变形观测点4个多月跟踪观测结果，收敛变形最大值为142 mm，最小值为20 mm。以4a号勘探线观测点为例，观测结果如图2。