某金属地下矿山灰岩破碎巷道支护方案比选

2019-02-10张明新陈广瑞刘金涛

世界有色金属 2019年14期

张明新，陈广瑞，刘金涛

（河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司，河北唐山 063700）

在进行地下矿山支护工作时需要通过各种因素的研究来进行方案的确定，例如实际的矿山地质情况等，因此需要以相同地质情况为前提来分析不同支护方式所带来的效果。

1 某金属地下矿山地质状况

该金属地下矿山地质主体为碳酸盐岩体工程地质岩组，主要由灰岩构成，由于矿山地质的构成原因，其主体岩心的质地比较脆而容易破碎。在对该金属矿山进行开发利用的过程当中，加上实际变化当中由于闪长岩岩脉出现多次穿插情况的影响矿山中岩体脆弱易碎，而且裂隙与岩溶不断发育，使得裂隙之间充满了包含泥质土壤在内的填充物，矿山岩体也出现了由青色灰岩、灰白色闪长岩以及暗红色泥质填充物质三种物质互相交错穿插的现象，并且在不断地被侵蚀过程中加之风化的影响岩体在遇到水之后出现了膨胀积压变形的情况。

2 被动支护与主动支护

被动支护方式中关键环节是支护主体与矿山岩体之间需要存在的一段间隙并且要利用相应的材料将其密实充填，这样在矿山岩体开始变形的初期阶段中支护主体能够将抵抗岩体变形的力达到最大的限度，但是这只是预期的目标，在真正的方案实施情况中往往不能够满足理想中的要求，达不到理想中的目标，原因是在矿山岩体在出现变形的初级阶段支护主体在处于初期支护阶段中就开始受到一定的破坏，而在后续矿山岩体变形程度逐渐变大变形力逐渐增大的情况下就会使支护主体在巨大的外力作用下被压裂或压垮，进而使支护效果大大削弱[1]。

主动支护方案如管缝式锚杆、砂浆锚杆、锚喷网支护等应用于该金属矿山中时，与被动支护方案相比最明显的特点就是在支护主体在其对矿山岩体进行支护的初期阶段就已经与其接触或者与矿山岩体相结合组成共同支护主体，这种方式能够主动与岩体变形力相抵消，进而使岩体变形力逐渐削弱或者慢慢释放，从而减小了由于巨大的变形力而导致的支护主体被破坏的情况，实现理想中的支护目标[2]。

3 支护方案比选

选取金属矿山中地质状况类似的三段巷道进行初步的方案确定：①混凝土支护方案②锚喷网支护方案③喷射混凝土与砂浆锚杆相结合的方案。

（1）混凝土支护方案。本次金属矿山混凝土支护方案中的混凝土强度等级采用的是C25级别，并将其浇注成厚度达250mm，该强度等级的混凝土主要原材料的配比为水泥：水：砂：石子=1：0.48：1.52：3.23，其中的砂应该使用中砂，并且细度模数在2.3～3.0之间，含泥量不大于3%；采用的石为碎石，直径控制在5mm～40mm之间，含泥量不大于1%，吸水率不大于1.5%；水泥采用复合硅酸盐水泥；水需要采用井下天然洁净水。为了能够在实际的支护过程中以连续的方式进行浇注工作，需要在支护现场配置一定数量的搅拌机、振动棒、移动配电箱、混凝土试块模等关键设施设备以备不时之需，此外也许另外配备相关的水泥、砂、石、灰槽、钢模板等施工材料和工具。在振捣混凝土的过程中需要对其进行分层处理来进行振捣，并采取快速插入、缓慢拔出的方式直至混凝土不再沉落以及不再冒气泡；进行喷水养护时，时间必须大于或者等于7天。

（2）锚喷网支护方案。在锚喷网支护方案中，所用的混凝土的强度等级为C20级别，厚度为152mm，砂浆锚杆的长度控制在1.5m左右，砂浆等级为M20级别，砂浆锚杆之间的排距为0.9m×0.9m，采取菱形铺设的形式进行布局，钢筋网之间的距离保持在150mm。在配置C20强度级别的混凝土时相应的原材料比例为水泥：砂：石=1：2：2，水灰比为0.4～0.5之间，其中的水泥和采用复合型硅酸盐水泥，砂可采用干净的中砂并且直径需要小于2.5mm，砂的含泥量应当不大于3%。在制作砂浆锚杆时，主要的锚杆主体可以采用HRB400型号的钢筋作为杆体，直径需要满足32mm的要求，在钢筋用于制作锚杆杆体之前需要对其进行平直、除锈、除油等操作以保证在使用钢筋时能够达到更加良好的效果，制作出的砂浆锚杆的抗拔强度需要满足不低于5t/根的要求，在砂浆锚杆应用于实际支护主体当中时需要垂直于矿山岩体表面，其锚固深度以及各砂浆锚杆之间的距离需要根据具体的矿山岩体结构以及支护工程总体的跨度来确定。在实际的水泥砂浆搅拌的过程中应当保证砂浆经过充分的搅拌以使其达到均匀的效果，并且要随用随拌，随拌随用，保证搅拌均匀后的水泥砂井能够在其开始凝固之前就将其用完，以避免因砂浆凝固而带来的资源浪费，并且在搅拌过程中应当尽量避免有杂物或者石块混入水泥砂浆当中。在水泥砂浆缓慢注入的过程当中将注浆管到慢慢匀速的抽出，砂浆锚杆的杆体需要有效的插入锚杆孔中心部位，如果在注入砂浆的过程中锚杆孔不再有水泥砂浆溢出应当及时进行补注。

钢筋网在设计时应当选用HPB300型号的钢筋，主筋圆钢的直径需要满足10mm的要求，副筋圆钢需要满足直径为8mm的要求，主筋在布局时需要沿巷道横截面方面进行布置，副筋则需要沿巷道走向进行布置，钢筋之间的距离应当保持在150mm左右，钢筋网的搭接长度需要满足钢筋直径的20倍的要求，此外支护现场所需要的设施设备以及施工工具同样需要准备成分，防止出现意外情况而导致现场无后备设施供支护使用。

（3）喷射混凝土与砂浆锚杆相结合的方案。这个方案的确定是在前两个方案的基础上的结合，实际支护中所用到的混凝土与砂浆锚杆的制作过程根据砂浆锚杆支护方案中的要求进行制作，其他后备设施同样需要满足上述方案中的要求。

（4）各方案中的变形点监测。三种方案的支护方式各不相同，通过采取设置监测点的方式对每个监测点一段时间内的位移大小来判断各方案的优劣。在实际的变形点监测工作中能够明显得出结论，在利用第三种方案进行矿山巷道支护时，经过15天～30天内就已经出现了多出监测点位移偏大甚至出现开裂破碎的现象，证明了第三种方案不适合地下矿山灰岩破碎巷道支护工作，因此在实际的支护方案选择时不应该考虑喷射混凝土与砂浆锚杆相结合的方案。

经过长时间的监测，第一种方案在120天后出现少量开裂破碎的现象，而在180天之后所有的监测点都出现破碎开裂现象，而在第二种方案的监测中即使是在180天之后出现了不同程度的裂缝，也没有开裂破碎情况的发生。虽然利用第一种方案其支护的厚度比第二种方案的支护厚度增大100mm，但是前者产生的破坏更加严重，而且在同样时间内出现的裂缝宽度也更大，因此二者相比之下，第二种支护方案更加适用于地下矿山灰岩破碎巷道支护工作。