韩 斌,汤 丽，江怀春，王少勇

(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083 ；2.昆明冶金高等专科学校，云南 昆明 650033)

锦丰金矿工程地质条件复杂，矿区划分为三个工程地质岩组，即松散岩组、砂岩夹黏土岩半坚硬-软弱岩组和黏土岩夹砂岩半坚硬-软弱岩组。矿体及顶底板围岩以薄至中厚层砂岩与薄层黏土岩为主，其单轴抗压强度一般在21.6～59.5MPa之间。矿区地质构造发育，风化作用强烈，黏土岩软弱层及断裂破碎带分布广，易发生垮塌和遇水泥化等现象，属软弱层状碎屑岩类矿床，巷道变形表现出明显的软岩特性。在矿山建设初期，巷道支护全部采用“管缝式锚杆+钢网”支护。工程实践表明，采用该种支护方式，存在下述问题：①该矿矿岩风化作用明显，遇水易泥化，采用管缝锚杆+钢网支护，支护强度低，矿岩易出现掉块和逐层片落，甚至引起巷道冒顶等事故。随着巷道服务时间的延长，这一现象逐渐加剧。②该支护工艺支护成本高，施工速度慢，每个掘进循环周期长，台车效率不能充分发挥。③该矿矿岩呈层状结构，节理裂隙发育，掘进过程中巷道成型差，采用管缝式锚杆+钢网支护，巷道表面粗糙，既不利于巷道稳定，也增大了巷道通风阻力。

针对巷道支护存在的问题，该矿研发了我国黄金矿山首套基于湿喷混凝土台车为核心的湿喷支护新工艺，研制了机械化安装专用树脂锚杆及配套工具，采用湿喷混凝土+树脂锚杆支护取代了管缝锚杆+钢网支护，很好的解决了易风化破碎岩体巷道支护存在的问题，对国内地下矿山同类岩体巷道支护具有重要参考作用。

1 湿喷混凝土与树脂锚杆支护

1.1 湿喷混凝土

1.1.1 配合比优化

合理的配合比是决定湿喷混凝土成败的关键之一。该矿为筛选最佳配合比，选用了L9(34)正交表，以水泥、纤维、减水剂和速凝剂为关键因素，开展了基于正交设计的最佳配合比筛选现场工业试验，分别测定了不同配合比的7d、28d单轴抗压强度和抗弯拉强度[1-4]，试验结果见表1。

表1 湿喷混凝土配合比试验试块力学强度测试结果

根据上述研究结果，结合锦丰金矿实际工程支护要求，确定了湿喷混凝土最佳配合比，如表2所示。

表2 湿喷混凝土最优配合比

1.1.2 湿喷混凝土工艺

制浆及运输。采用HZS25型混凝土搅拌系统配制湿喷混凝土，砂石配料采用PLD800型配料机，水泥计量采用高精度电子秤及螺旋给料机，减水剂添加采用时间继电器控制流量泵。该配料系统具有物料计量准确、电器控制系统自动/手动控制模式自由切换、料浆搅拌质量好等优点。当混凝土料浆在搅拌槽搅拌均匀后，装入混凝土罐车，送往井下喷浆作业点[5-7]。

现场喷浆。喷浆采用带遥控手柄控制的湿喷车。当湿喷车进入待喷作业点后，首先采用高压水冲洗受喷面，之后混凝土罐车尾部下料口对准湿喷车受料口，开始放料。操作人员采用遥控手柄控制湿喷车机械手喷浆作业，直至待喷巷道全部喷射完毕，之后转移湿喷车与混凝土搅拌车至其他待喷巷道继续作业。当喷浆工作结束后，清洗湿喷车及混凝土搅拌车。据统计，湿喷车喷浆前的平均准备时间10～15min，一个工作面平均喷射混凝土一罐(3.5～4m3)，喷浆能力一般为15m3/h左右。

1.1.3 特点

湿喷混凝土与干喷混凝土综合技术经济指标比较，见表3。

表3 干、湿喷混凝土技术经济比较

考虑喷射混凝土回弹等综合因素，湿喷和干喷混凝土两者成本基本持平，但湿喷混凝土具有以下优点：

1)主要材料相同条件下，湿喷混凝土平均强度比干喷混凝土平均强度高45%～85%。混凝土强度的提高，改善了巷道支护刚度，减小了围岩松动圈的扩大，保证了巷道支护的工程质量，从而可延长工程的使用寿命和达到运营安全的目的，具有良好的经济效益和社会效益。

2)在正常情况下，若采用干喷混凝土，其回弹损耗一般在30%以上，但采用湿喷混凝土作业，回弹损耗约为5%～15%，节约了材料，降低了成本。同时，湿喷混凝土混凝土质量稳定，强度分布均匀。

3)干喷作业一般均在井下完成水泥、砂石料及速凝剂的配制，并采用人工上料和喷浆工艺，上述过程会产生大量的粉尘。现场实测表明，干喷作业时形成的粉尘是湿喷工艺粉尘浓度的2～8倍，可见采用湿喷工艺显著改善了井下作业环境。

4)干喷混凝土作业时，工人在现场搅拌混合干料，喷射手怀抱喷枪作业，劳动强度高，喷射混凝土能力一般约3～4m3/h；采用湿喷混凝土作业，由于其施工机械化程度高、速度快，实际平均作业效率比一般比干喷法高4～5倍；同时由于有效使用各种外加剂材料，一次喷射厚度最大可达到80mm以上，与干喷混凝土相比，同等厚度的喷射次数可显著减少，加快了施工进度。

1.2 树脂锚杆

1.2.1 新型树脂锚杆研制

为适应树脂锚杆的凿岩台车机械化安装工艺的要求，该矿研制了专用树脂锚杆[8-10]。该锚杆具有如下特征：

1)树脂锚杆头部异型结构可迅速破坏树脂锚固剂包装，并充分搅拌树脂锚固剂。

2)锚杆杆体波浪结构可以起到充分搅拌树脂锚固剂的作用，也可以提高锚杆的锚固力。

3)锚杆螺母和锚杆之间独特的阻尼装置，可确保台车旋转机构带动锚杆充分搅拌树脂锚固剂，并使锚杆螺母压紧托板至岩面。

1.2.2 树脂锚杆机械化安装工艺

树脂锚杆机械化安装工艺如下：

1)安装于凿岩台车大臂上的锚固剂安装装置，将树脂锚固剂装入锚杆孔内。

2)将锚杆托盘安装在锚杆杆体上，并用凿岩台车大臂锚杆安装装置将锚杆插入孔内。

3)凿岩台车机旋转机构带动锚杆螺母旋转，以充分破坏孔内树脂锚固剂包装，并充分搅拌树脂锚固剂。

4)凿岩台车旋转机构停止转动，数十秒内树脂锚固剂凝固后，再次启动台车旋转机构，锚杆螺母压紧托板至岩面。

1.2.3 特点

我国矿山安装树脂锚杆的凿孔工作都采用气腿式凿岩机，安装顶板树脂锚杆一般在爆堆上作业,操作中有以下缺点:

1)工作人员在安装树脂锚杆时，必须要暴露在未支护顶板下作业，工作人员的安全难以保证。

2)树脂药卷用人工逐一装入锚杆孔，前后树脂药卷端部会相互重叠，上推困难，劳动强度大。

3)安装顶板树脂锚杆必须在爆堆上作业，因此，掘进工艺复杂，生产效率低。

采用凿岩台车机械化安装树脂锚杆、安装树脂锚固剂、安装锚杆杆体、搅拌树脂锚固剂、紧固锚杆螺母等各工序均由凿岩台车完成。机械化安装树脂锚杆具有安装工艺简单、工作效率高、操作过程安全、锚杆预应力大等显著优点。

2 两种支护方案及其比较

2.1 支护方案

对于断面规格为5.5m×5.5m的巷道，原管缝锚杆+钢网支护技术参数如下：

1)锚杆间距1100mm，排距1100mm。

2)管缝锚杆规格为φ47.5mm×2400mm，壁厚3mm，材质为16Mn或20MnSi。

3)锚杆托盘规格(长×宽×高)为300mm×300mm×5mm，材质为Q235。

4)钢网规格为φ2000mm×4000mm，钢筋直径为φ5mm，网孔尺寸100mm×100mm，钢网表面采用镀锌处理。

改进后的湿喷混凝土+树脂锚杆支护方案[6,10]如下：

1)锚杆间距1200mm，排距1200mm。

2)树脂锚杆规格为φ25mm×2400mm，材质为HRB335螺纹钢。

3)锚杆托盘规格(长×宽×高)为150mm×150mm×6mm，材质为Q235普通钢。

4)锚固剂规格为φ28mm×2000mm，选用快速型。

5)湿喷混凝土选用C30标号，厚度75mm。湿喷混凝土主要技术参数见表2。

2.2 技术经济比较

锦丰金矿初期巷道全部采用管缝式锚杆+钢网支护，由于存在凿岩台车挂网工艺复杂、施工效率低、挂网工艺导致锚杆消耗大等问题，一直存在支护速度慢、支护成本高的弊病。通过树脂锚杆+湿喷混凝土支护技术的推广应用，简化了支护工艺，加快了支护速度，每米巷道锚杆消耗明显下降，巷道支护时间由原来的106min/m缩短为55min/m，每米巷道支护成本同时下降了30%。

2.3 支护效果比较

该矿采用树脂锚杆+湿喷混凝土支护技术后，支护效果得到了显著改善，与管缝式锚杆+钢网支护方式相比，其优势主要表现在以下几个方面：

1)湿喷混凝土能及时封闭并密贴已开挖的围岩表面，对围岩形成径向的压力和环向的剪力，阻止了巷道表面块体的脱落。

2)喷射混凝土还可以填平巷道表面的凹穴，缓和表面的应力集中，有利于表层围岩环向应力的传递。

3)喷射混凝土还可以堵住地下水的通道，防止裂隙充填物的流失，保护裂隙的原始强度。

4)现场实测表明，φ25m×2400mm树脂锚杆拉拔力平均在20 t以上，明显大于平均锚固力为10t的φ47.5m×2400mm管缝式锚杆。

3 结语

锦丰金矿为典型的易风化破碎岩体，针对前期管缝式锚杆+钢网支护存在的不足，采用了湿喷混凝土技术与树脂锚杆技术，显著提高了地下矿山的巷道稳定性，缩短了每循环作业时间，改善了掘进效率，降低了生产成本，提高了凿岩台车使用效率，为该地下矿的正常生产提供了有利的保证。同时，树脂锚杆+湿喷混凝土在不良岩体巷道支护中的成功应用，也为相似岩体巷道支护提供了一个良好的范例，对解决该类矿山不良岩体巷道支护具有重要的指导作用。

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