深部破碎岩层巷道支护技术研究及应用

2018-04-20王维东

世界有色金属 2018年3期

王维东

（甘肃省地矿局四勘院，甘肃酒泉 735000）

发展至今，我国中型以上矿山巷道锚杆支护率已经达到70%，已经初步形成了中国特色巷道锚杆支护技术体系，“锚网索喷+U型钢支架+注浆”的联合支护技术已经成为目前破碎岩层巷道首选、安全、高效的支护方式，极大的促进了我国矿井建设事业持续稳定的发展[1]。

1 案例分析

某金属矿山，矿井设计生产能力为500万t/a，随着开采力度的增加，矿井深度逐年增加，截止目前，该矿山矿井深度已经达到-1200m，巷道内围岩包括：细砂岩密度为2.69kg·m-3，体积模量为23.45GPa，剪切模量为16.24GPa，泊松比为0.24；在粉砂岩密度为2.76kg·m-3，体积模量为14.68GPa，剪切模量为9.65GPa，泊松比为0.26；砂质泥岩密度为2.68kg·m-3，体积模量为9.65GPa，剪切模量为5.64GPa，泊松比为0.23。

2 深部破碎软岩巷道变形破坏特征

开拓巷道原来采用的喷锚网支护方案为：锚杆直径为22mm，长度为2500mm，间排距为800mm×800mm；锚索直径为24mm，长度为6300mm，间排距为1200mm×1200mm；喷浆混凝土强度为C20，厚度为90mm，金属网的直径为6mm，长度为1750mm，宽度为950mm，网片接茬为100mm；锚固剂的型号为Z2350，锚杆2卷，锚索4卷。此种支护方案已经难以满足具体需求，导致支护结构逐渐失稳损坏，难以有效控制深部破碎岩层巷道继续变形。导致巷道围岩难以维持基本稳定和安全的需求，在高应力的作用下，巷道再次发生失稳破坏。从10个测站、30个测试断面的围岩松动圈测试结果而言，该深部破碎岩层巷道围岩松动比较大，基本为3.0m～3.5m之间，局部达到5.0m～6.0m之间[2]。

3 深部破碎软岩巷道变形破坏机理

通常情况下，巷道在开挖前，深部岩体往往处于三向受力平衡状态，随着岩体开挖的不断深入，势必会破坏原先处于平衡状态的应力场，导致切向应力增加，或者径向应力减少。如果不进行及时的支护处理，就会导致巷道围岩在一定范围内产生明显的应力集中。如果岩体自身强度比较高，或者作用在岩体上的应力比较小时，则巷道属于安全巷道，可根据具体情况进行支护。

但当围岩局部区域应力超过围岩的最大限度临界值时，则会破坏围岩的整体性能。此时巷道周围围岩的应力明显降低，高应力逐渐从围岩表面向深部转移，经过适当调整后，就会形成一个新的三向应力平衡状态，但会围岩的周围形成一个较为松散的破碎区，也被称之为围岩松动圈。到受到外力振动时，围岩松动圈会发生掉落或者坍塌，从而影响人员和设备设施的安全性。

4 深部高应力破碎软岩巷道支护技术的应用

4.1 锚网支护技术

为保证深度破碎岩层巷道的安全性，锚网支护锚杆采用高性能左旋无纵筋螺纹锚杆，钢型号为HRB500，具体规格为直径22mm，长2800mm，间排距控制为700mm×700mm,并采用2卷Z2865型树脂药卷加长锚固，为保证支护效果，锚固的程度要控制1.5m～2.0m之间，且锚固应力不能低于120kN，预紧力要达到100kN以上。托盘采用拱形高强度托盘，长度为200mm，宽度为200mm，高度为15mm。托梁采用之间为14mm的高硬度螺纹钢焊接而成，钢筋网则采用直径为8mm的螺纹钢焊接而成，网孔长度控制在80m～100mm之间，宽度不得低于100mm，喷射混凝土强度等级不得低于C25，为避免裂缝对支护效果的影响，配合比要控制在1：2：2，掺入3%的速凝剂，第一层喷射的混凝土厚度要控制在50mm左右。

4.2 锚索和U型钢支架支护技术

图1 锚索与U36型钢支架结构

预应力锚索采用1×20股高强度低松弛预应力钢绞线制作而成，直径为22mm，长度为6300mm，孔径控制在32mm左右，同样采用3卷Z2865型树脂药卷加长锚固。为最大限度上保证支护效果，锚索的预应力要控制在120kN以上，间排距为1400mm×1400mm，支架采用U36型钢制作而成，具体如图1所示，间排距要控制在700mm左右。

4.3 注浆支护技术

具体方法为：先进行预埋注浆管施工，间排距要控制在1.4m×1.4m。低压浅孔注浆管的直径为40mm，长度为1.0m，孔径为45mm，孔深为2.8m。使用42.5级普通硅酸盐水泥，控制水灰比在0.8～1.0之间，注浆压力控制在2MPa以内，以确保喷浆层不发生开裂。水玻璃的掺量则要控制在水泥用量的3%左右。当浆液彻底凝固后，再进行高压深孔渗透注浆，采用直径为28mm的钻头进行扫孔，扫孔深度在5.0m，采用52.5级普通硅酸盐混凝土进行注浆，并掺入水泥量为0.7%的NF高效减水剂。