九顶山铜钼矿软岩巷道锚喷网支护研究*

于少峰，陈绍洪，韩 斌

(1.北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083;2.云铜集团 弥度县九顶山矿业有限公司，云南 弥渡 675600)

1 引言

锚喷网支护，是指联合使用锚杆、钢筋网及喷射混凝土或喷浆为主要支护手段，使支撑结构与围岩紧密贴合起来共同作用，防止岩体风化及石块剥落，改善接触面岩体的抗拉性能从而调动并充分利用天然围岩的自身承载能力，有效地支护松散破碎的软弱岩层，以达到提高巷道及围岩稳定性的目的［1-2］。锚喷网支护技术是目前矿山开采中最常见的井巷支护形式之一，与其它支护方式相比，其以支护效果好、强度高、施工速度快、成本低等优点得到越来越多的应用。

2 工程地质

九顶山铜钼矿矿区地层为志留系上统，矿体产状为走向N73°W，倾角35～48°，含矿层为花岗斑岩，其构造形态复杂，矿岩分界线不明显，矿岩受强烈的挤压及热液蚀变作用，岩石变得十分破碎，节理裂隙极为发育，加上花岗斑岩为脆性以及在水的作用下易软化，因此破碎带中的花岗斑岩呈散体状，局部地区呈泥状，矿岩稳固性极差。矿山原有支护方案，是利用焊接工字钢联合原木共同支撑巷道，但是这种支护成本非常高(达到5800 元/m)，且对软弱泥化围岩支护效果不佳，经常发生工字钢弯曲、断裂及巷道垮塌等现象。为解决该矿支护难题，在对九顶山软弱岩体现场调查和膨胀成分分析的基础上，结合矿山的生产情况，选择在五中段二盘二穿2P213 测点附近15m 范围内松散、破碎但涌水量较小的花岗斑岩巷道中进行锚喷网支护试验。

3 锚喷网支护参数与施工

针对九顶山花岗斑岩松散、破碎，本身自稳能力较差，在不支护的情况下完全不能自稳的特点，提出采用喷锚网支护巷道以改善围岩应力状况、抑制围岩变形和减小塑性区范围，从而增强巷道的安全指数，提高围岩自承能力。为满足支护效果［3-5］，设计采用长度为1.8m、间排距为0.75m(顶弧为0.5m×1.0m)的锚喷网支护，其设计如图1。

3.1 树脂锚杆支护参数

(1)树脂锚杆技术要求如表1。

表1 树脂锚杆规格

(2)树脂锚杆安装方法

锚杆孔直径为φ32 -φ35mm;锚杆孔深1.75m，不得超过1.8m，也不得低于1.7m;将3 卷锚固剂放入锚杆孔内，之后将树脂锚杆插入孔内，用气腿式凿岩机带动锚杆一边旋转，一边将锚杆插入孔底，要求树脂锚固剂自开始搅拌至装入孔底的总时间不得超过30s，也不得少于20s。搅拌完毕后，在60s 内不要使锚杆杆体移动，否则影响锚固强度;等待时间过后即可上托盘和螺母，锚杆托盘应压紧钢网，并紧贴岩面;搅拌工具根据现场动力等条件，也可采用TJ -9型风动搅拌机或气腿凿岩机加连接头施工。

(3)树脂锚杆拉拔力

要求树脂锚杆拉拔力应大于15t;且树脂锚杆拉拔力监测率为3 根/100 根。

3.2 喷射混凝土支护参数

(1)材料选择

①水泥:采用32.5 级普通硅酸盐水泥;②砂石:喷射混凝土用砂石，采用单轴抗压强度不低于70MPa 的岩石做原材料;喷浆用骨料级配如表2;③干粉速凝剂:其技术参数要求如表3。

表2 喷射混凝土骨料通过各筛径的累计重量百分数(%)

表3 干粉速凝剂技术要求

(2)抗压强度检测

喷射混凝土单轴抗压强度要求为20MPa;检查混凝土抗压强度所需的试块应在工程施工中抽样制取;每喷射100m3混合料，必须要做一组单轴抗压强度试验，每组试块不得少于3 块;单个试块尺寸为:100mm×100mm ×100mm;喷射混凝土抗压强度合格条件为:

为确保混凝土与巷道围岩可靠粘附，最终确定混凝土浆液配合比为:水泥与砂石重量比为1∶4～1∶4.5;水灰比为0.40～0.45，砂率为50%～60%;速凝剂掺量3%。

3.3 钢网参数确定

(1)钢网技术要求如表4

表4 钢网技术标准

(2)钢网安装要求:钢网距离地面的高度不得大于0.5m;钢网与钢网之间应相互搭接，并互相勾连为一个整体;钢网应尽可能紧贴岩面，要求喷射混凝土须完全覆盖钢网。

3.4 锚喷网支护施工技术

由于花岗斑岩极为松散、破碎，因此试验段遵循软岩中“短掘短支”的方式进行施工，每循环进尺1.3m，除渣后即依次开始打锚杆、挂网及喷射混凝土。首先进行锚杆安装:为了施工安全，每个断面在顶部多打两颗锚杆，为每排13 颗锚杆;其次进行钢筋网安装:挂网时要求其与巷道壁严密接触，两张铁丝网之间搭接不小于1～2 个网格(10cm);最后进行喷射混凝土:混凝土与围岩的粘附效果非常重要，是发挥锚喷网支护效果的基本保证，其人员作业质量直接关系到整个施工效果，因此一定要按照设计进行施工。

3.5 收敛变形监测分析

于2012年6月3日开始巷道锚喷网支护。施工过程中即开始收敛变形检测工作直到2012年11月25日。重点对五中段二盘二穿施工巷道两帮变形情况及顶部下沉情况进行长期和系统的现场监测［6-7］。15m 试验巷道中央位置相距7m 选取两个断面Ⅰ、Ⅱ作为试验水平，每个试验水平监测采用三角形布置，在巷道两帮及顶部各布置一个监测点，变形测量时测出1#、2#、3#测线的数值，即可得出巷道两帮的变形情况和换算出顶部的下沉情况;此次监测设计如图2。将获得数据资料整理如表5。

图2 巷道变形监测测线布置示意图

表5 变形监测数据记录表

经origin 软件分析如图3。

图3 巷道收敛变形分析

分析可知:

(1)曲线在前60 天内变化较陡，巷道变形由约7mm 加速降低至3mm;随着时间及开挖面的推移，曲线逐渐变缓慢，并在100 天后逐渐降低，保持0.1mm基本不变;这是由于经过初始锚喷网支护后，围岩仍然处于高弹性应力状态，弹性模量较大，会对锚喷网支护层产生较大的压力，此时变形会在一定范围内变化较大;而随着时间推移，岩体内部应力得到释放后，不足以抗拒锚喷网支护层提供的支撑力，此时变形会逐渐降低到一个稳定值，趋于零;

(2)水平即3#测线收敛较1#测线及2#测线收敛值大，这是由于九顶山铜钼矿水平应力大于垂直应力，且相邻采场在测试期间正在开挖一条巷道，应力产生了转移。

4 应用效果

试验巷道采用锚喷网支护技术后，掘进支护施工的安全性得到显著提高，试验巷道经受住了回采考验，除部分区段存在喷层开裂和较小变形外，无围岩垮塌、掉落矿石碎块、片帮等现象，稳定状况良好;支护工效比采用架设工字钢支护提高了24.5%，每米巷道支护时间由5h 减少为3.5h，支护费用节省30%以上。

5 结论

(1)结合地下水的处理，在九顶山铜钼矿五中段二盘二穿进行了锚喷网支护试验，分析了九顶山铜钼矿巷道支护存在的问题，并最终提出了混凝土+树脂锚杆的支护方案，并确定了技术实施方法及要求;

(2)采用锚喷网支护技术加固巷道，锚喷网支护后，巷道完整良好，没有变形、碹体脱落、片帮现象;

(3)采用锚喷网加固技术，有效加固了松散破碎岩体，极大改善了巷道稳定性，有效处理了矿山涌水及冒顶难题，使得风化花岗斑岩中掘进能够进行。现场试验确保了所提出的处置对策合理。经过现场工业试验的验证，取得预期锚喷网支护效果。

［1］黄辉，刘军见，乔中鹏，等.富含水软岩巷道锚喷网支护技术［J］.煤炭科技，2010，3(3):46-48.

［2］张周平，余伟健，高谦，等.金川深部工程围岩支护时机与参数设计研究［J］.金属矿山，2008，(2):40-44.

［3］金宇松，宋远兵，黎文斐，等.锚喷网支护技术在软岩巷道的应用［J］.中国矿山工程，2010，39(1):34-36.

［4］黄海涛.浅谈乡镇煤矿支护方式的改革［J］.江西煤炭科技，2008，4(4):83-84.

［5］庞博，吴永强，罗业民.软岩巷道刚性二次支护技术的应用［J］.金属矿山，2012，(10):44 -45.

［6］孟庆彬，韩立军，乔卫国，等.唐口煤矿深部软岩巷道支护技术研究［J］.西安科技大学学报，2012，32(2):165 -166.

［7］朱德康，左宇军，陈春春.有分区破裂化倾向的深部巷道围岩支护分析［J］.有色金属(矿山部分)，2012，64(2):35 -37.