凤山铜矿粉矿回收道支护与加固技术

2015-02-23李汝裕

现代矿业 2015年4期

关键词：粉矿岩体锚杆

唐权李汝裕

(玉溪矿业有限公司)

凤山铜矿粉矿回收道支护与加固技术

唐权李汝裕

(玉溪矿业有限公司)

在矿山工程建设中，永久工程的施工质量与支护和加固方法关系密切，在对凤山铜矿十七中段粉矿回收道施工方案分析研究的基础上，简述了在松散破碎地质岩体条件下，采用围岩和支护相互作用的原理，并提出了针对粉矿回收道合理的支护与加固措施，并以此开展工程施工，效果理想。为同类地质条件井巷工程掘进、支护及加固施工，提供了成功的经验和有效的技术参考。

松散岩体混凝土素喷超前锚杆金属箱

矿山井下永久工程的稳定性关系到其服务年限和服务质量，因此，在破碎岩体中施工永久采矿工程与系统，其支护措施的选择和加固方案的确定对工程的施工和正常使用都有十分重要的影响。为了更好地保证永久工程的施工质量，十分有必要对建设过程中特殊永久工程的支护和加固工艺进行研究，选择最佳施工工艺。

1 工程概况

凤山铜矿位于云南省易门县绿汁镇，由原易门矿务局三家厂矿和凤山矿合并而成，各期勘探和生产探矿累计提交铜金属资源量643 664 t。矿山于1958年3月基建，1960年5月建成投产。凤山铜矿十七中段粉矿回收道进车端双道段40 m长的一段巷道开挖揭露后，该段处在炭化蚀变的薄层灰岩及风化千枚岩板岩中，且岩层节理裂隙发育，极易片帮、垮塌。岩层倾向东西，倾角为55°～75°。岩体整体强度极低，几乎没有自稳支撑能力。而巷道布置恰好沿岩层走向穿过，巷道掘进断面为三心拱断面，规格为4.4 m×2.9 m。

2 支护及加固方案的选择

岩层支护与加固是维护采掘空间稳定的重要手段，是巷道开掘过程中的重要工艺过程，与挖掘工艺过程、开挖空间形态及大小、地质条件紧密相关。经济合理的巷道支护不仅要考虑支架的被动支承能力，而且要充分发挥围岩本身的自支承能力[1]。

该段巷道开挖后，出现了片帮、垮落等严重的问题。垮塌时，金属支架被压垮，加之整段岩层含水，稳固性更差。在副井井筒、马头门前段3 m开挖时，其附近围岩应力已重新分布和平衡[2-3]，此次开挖又使围岩应力再次重新分布。如何针对此松散岩体的工程地质条件，选取技术可行和经济合理的方式向围岩提供其自稳所不足的支撑力，采取何种支护形式，多大的支撑力，何时支护等,都是十七中段粉矿回收道施工必须解决的关键技术问题，根据短掘短砌施工工艺，提出多种巷道支护与加固方案。

2.1 混凝土素喷护顶支护

对开挖的巷道先进行混凝土素喷支护，使张开的节理裂隙得到及时充填,巷壁表面低凹处全部填平,以阻止节理之间充填物的流失，防止水和空气对围岩的侵害，达到护顶的作用。混凝土素喷支护虽进一步增强了开挖巷道围岩的粘结和摩擦，提高了围岩的剪切强度，但最终没有达到控制围岩发生松动破坏及应力集中的目的，仍然发生片帮、冒落。其主要原因是开挖断面较大，使得顶板局部冒落，形成2 m宽、1 m多高的拱形，出碴人员的安全无法确保，因而不能正常施工。

2.2 混凝土素喷穿梁护顶支护

对开挖的巷道顶板先进行混凝土素喷支护，然后采用5～6根3 m长的12#槽钢作挑檐，端头架设金属箱，其出碴循环控制在1.5 m范围内，虽然顶板得到控制，但两侧帮局部片帮仍然发生，因此，出碴人员也不能正常完成出碴作业。

2.3 小导坑施工的支护与加固

先采用小导坑施工下部一侧帮，并及时衬砌侧墙[4]。在巷道一侧帮，采用放小炮或风镐破岩，按宽2 m、高3.2 m施工导坑，导坑长度控制在1.5 m内，再进行顶板及上侧帮的混凝土素喷护顶及护帮支护。素喷结束后进行出碴，出碴进1～1.5 m时，架设支架，以调解和控制围岩变形破坏，然后在临时支架下对侧帮进行30 cm厚钢筋混凝土浇灌，支架立柱一起浇入墙体内。

掘进拱部导硐，并将刷下的碴子填入已掘支完的墙部导坑内，边刷边用4寸管加楔子支撑拱，并架设成纵梁箱，在金属箱的支护下，进行立模、扎筋及拱顶部分的永久支护，其纵梁也一次浇入拱内。

施工下部另一侧帮导坑，衬砌侧墙，其方法与第一步的侧墙施工方法相同。

此方案虽然确保了巷道顺利施工，但出碴、混凝土素喷、临时支护较为频繁，且支架支护量大，在复杂的地质条件下，这种支护和加固是发生在围岩松动破坏之后进行的，不够经济和合理。

2.4 超前锚杆支护配金属箱加固

先施工超前锚杆用于护顶，便于掘进工作的开展，超前锚杆施工完成后，采用小爆破或风镐破岩掘进施工，最后施工金属箱支护，并进行立模、扎筋及全断面的钢筋混凝土永久支护。

结合施工地段的工程地质条件，本次选择超前锚杆支护配金属箱加固工艺。采用超前支护，保障了开挖安全顺利进行，同时配以金属箱加固，保障了支护及加固效果，具有较强的针对性。

3 支护及加固施工及效果

松散岩体受力后，变形方式主要表现为塑性和流变性，这类岩体整体强度极低，几乎没有自撑能力，悬露时极不稳定，开挖后片帮、垮塌既快又大，往往产生连续的变形及破坏。

在顶部向上打30°～40°角，间距为0.3～0.4 m，φ32 mm×3 200 mm圆钢作为超前锚杆护顶；两侧帮各打5～7根倾角为25°～30°的φ32 mm×3 200 mm 圆钢护帮。

采用放小炮或风镐破岩进行施工[5]。当迎头掘进到0.5～1 m时，及时架设金属箱，金属箱间距为0.5～1 m，用φ16 mm螺纹钢焊接,立柱和横梁均采用16#工字钢，形成整体式支架。

在金属箱支护下，开展立模、扎筋，并进行全断面的钢筋混凝土永久支护。

开挖断面在7～20 m2时，采用超前锚杆配金属箱支架进行支护及加固，有限度地阻止了围岩向巷道空间内的变形，与此同时支架也受力而产生一定的变形，刚支架与柔支架互相制约、互相匹配，达到了较好的支护效果。需要注意的是在使用超前锚杆时，必须要根据岩体结构选取间排距，若结构体由断层泥、岩粉、砂、砾、卵石组成时，其顶板锚杆间距要控制在25 cm内，帮锚杆间距控制在35 cm内。若结构体由岩石碎屑、碎块组成时，间距可在40 cm左右，其锚杆排距控制在循环进尺的一倍左右。

开挖断面在4～7 m2时，先采用混凝土素喷，再进行顶帮支护与加固，其效果也是比较明显的。

4 施工效果分析评价

超前锚杆支护配金属箱加固方案将锚杆按一定间距提前锚固在岩体内，将数个薄岩层及弱面进行加固，组成岩体，增加了围岩的承载能力；而相邻锚杆的作用在围岩范围内相互重叠，筑起一个挤压加固圈，承受重新分布的围岩应力，构成新的平衡，有效地控制了巷道的片帮和冒顶垮落。

采用该支护与加固工艺后，十七中段粉矿回收道破碎岩体段40 m的大规格巷道顺利完成施工，并取得了良好的施工质量，保证了这一永久工程的自身稳定性。

从技术上讲，不同时间安装锚杆、喷射混凝土，与刚性支架相配合等，其支护与加固的效果是有很大区别的；从安全上讲，岩体围岩进行加固支护后，松脱岩体受到制约，使冒落过程受到极大延缓，从而大大提高了围岩稳定性；从经济上看，同地质条件、不同规格的巷道开挖，其支护和加固措施是不同的，合理的维护可防止垮塌破坏的发生，如果等到破坏以后再支护，将支护看成一种抵挡垮塌和阻止岩体变形的系统，则支护费用会成倍增加，而可靠性也会大大降低，极不经济。在生产实际中，必须因地制宜地进行支护与加固措施的选择，提高支护工艺的经济性，并达到安全、快速、优质、经济的施工目的，满足井下生产和建设的需要。