张国强 刘红岩 王成龙

(1.五矿矿业控股有限公司；2.中国地质大学工程技术学院；3.内蒙古金陶股份有限公司)

某金属地下矿山生产能力为220万t/a,为保证矿山正常生产，每年都会施工大量的井巷工程(平巷、斜巷、硐室、竖井、天井、溜井等)，为防止开挖的井巷工程发生冒落、垮塌，保证人员和设备设施的安全，并保证在合理的年限内正常使用，需要对这些井巷工程进行快速、合适的支护[1]。自20世纪90年代建矿以来，该矿技术人员根据地质情况和井巷工程的使用年限，结合我国的科技发展水平，探索了多种支护方法，如木支护、金属支架支护、管缝式锚杆支护、砂浆锚杆支护、混凝土支护、钢筋混凝土支护等，保证了矿山的正常生产衔接和安全。在施工至某水平7#穿脉时,遇到了该矿新的地质情况,为解决该地段的支护问题，对支护方案进行比选研究。

1 7#穿脉地质情况

2 被动支护和主动支护

该矿采用的被动支护方法如木、金属支架、混凝土、钢筋混凝土支护的共同特点是在支护初期，支护体与围岩有一定的间隙，围岩初期变形后才能与支护体逐步接触，使支护体逐步产生抵抗围岩变形力的作用[2]。这种支护方法强调支护体与围岩间隙充填要密实，以期望在支护的初期阶段能最大限度地抵抗围岩的变形力，但往往都达不到预期的效果[3]；支护体在支护初期会因围岩变形受到初步破坏，在围岩变形中后期变形力持续增大的情况下被压裂或被压垮，使支护效果大大减弱。

该矿采用的主动支护方法如管缝式锚杆、砂浆锚杆、锚喷网支护等[2]最显著的特征是支护体在支护初期就能够和围岩紧密接触或和围岩形成共同支护体，主动抵消围岩变形力，使围岩变形力减弱或逐步释放，最终减弱对支护体的最大应力破坏，达到较好的支护效果[4]。

3 支护方案比选

灰岩破碎带在该矿山初次遇到,为选出最佳支护方案,根据该矿以往支护经验,结合7#穿脉地质开挖后较破碎情况,选择地质情况相似的3段巷道，初步确定3种支护方案:方案一为混凝土支护段支护方案，方案二为锚喷网支护段支护方案，方案三为喷射混凝土+砂浆锚杆支护段支护方案，巷道底板均采用井下碎石+C15砂浆铺底。

3.1 方案一

从上盘运输巷150 m为混凝土支护段。主要支护参数：混凝土强度为C25，喷射混凝土厚250 mm；C25混凝土的配合比(质量比)为0.47∶1∶1.342∶3.129(水∶水泥∶砂子∶石子)。将混凝土所需材料运输到现场进行现场搅拌，采用425#普通硅酸盐水泥；中砂含泥量不得大于3%；石子宜用碎石，最大粒径不宜大于40 mm，含泥量不大于1%，吸水率不大于1.5%；水宜用井下天然洁净水。浇注混凝土按断面检查、清理模板、支模板、混凝土入模、振捣、收尾清理、养护等工序进行。为保证连续浇注，配备2台混凝土搅拌机，1台备用；3个插入式振动棒(另配棒头3个)；2个移动配电箱；5组混凝土试块模，水泥、砂、石子、灰槽、钢模板及附件、铁锹等施工机具。浇注前检查断面，保证混凝土荒断面巷道的高度和宽度不小于设计参数；混凝土分层振捣，快插慢拔，混凝土不再沉落和冒气泡为止；喷水养护时间不小于7 d。方案一支护方案见图1。

图1 混凝土支护示意

3.2 方案二

从下盘运输巷150 m为锚喷网支护段。主要支护参数：喷射C20混凝土厚150 mm，砂浆锚杆长1.8 m，砂浆等级为M20，砂浆锚杆间排距为0.9 m×0.9 m，呈菱形布置，钢筋网间距为150 mm。

C20喷射混凝土配比为1∶2∶2(水泥∶砂∶石子)，水灰比为0.4～0.5，水泥为不低于325#的普通硅酸盐水泥；采用干净的中细砂，粒径小于2.5 mm，砂含泥量不大于3%；采用干净的水，速凝剂按说明书比例掺加。

砂浆锚杆的杆体采用HRB400钢筋，钢筋直径为32 mm，锚杆杆体使用前平直、除锈、除油；砂浆锚杆的抗拔力不低于5 t/根；砂浆锚杆的锚固深度和间距视围岩结构和工程跨度而定，锚杆垂直于岩石面。水泥砂浆强度按M20配制，采用干净的中细砂，砂粒径小于2.5 mm，砂含泥量不大于3%；水泥和砂的质量比宜为1∶(1～2)，水和水泥比例宜为1∶(0.38～0.45)；砂浆拌合均匀，随拌随用；一次拌合的砂浆应在初凝前用完，并严防石块、杂物混入。钻孔注浆时，注浆管应插至距孔底50～100 mm处，随砂浆的注入缓慢匀速拔出；砂浆锚杆杆体插入锚杆孔中心，若孔口无砂浆溢出，应及时补注；杆体插入孔内长度不应小于设计规定的95%；锚杆安装后，未凝固前不得随意敲击。砂浆锚杆孔距的允许偏差为150 mm，锚杆孔深允许偏差为50 mm，砂浆锚杆孔径应大于杆体直径15 mm。

钢筋网选取HPB300钢筋，主筋采用φ10 mm圆钢，副筋采用φ8 mm圆钢，主筋沿巷道横断面方向布置，副筋沿巷道走向布置，钢筋间距为150 mm，钢筋网的搭接长度为20倍钢筋直径,钢筋网之间及锚杆与钢筋网间用细铁丝绑扎牢固；金属网在地表预制成1 m×1 m的网片,运输到井下，现场绑扎到砂浆锚杆上。

施工现场配备混凝土喷射机、输料管、钻机、各种型号钢筋、锚杆拉拔器、砂浆罐、中砂、水泥、石子、料斗、铁锹等施工机具。方案二支护方案见图2。

图2 锚喷网支护示意

3.3 方案三

从8#穿脉新掘进巷道中选取类似灰岩破碎段50 m为喷射混凝土+砂浆锚杆支护段。C20喷射混凝土及砂浆锚杆参数同方案二。施工现场配备混凝土喷射机、输料管、钻机、各种型号钢筋、锚杆拉拔器、砂浆罐、中砂、水泥、石子、料斗、铁锹等施工机具。方案三支护方案见图3。

图3 喷射混凝土+砂浆锚杆支护示意

3.4 变形监测

8#穿脉的喷射混凝土+砂浆锚杆50 m支护段支护后0.5～1月内便发现多处有开裂、破碎现象，说明方案三的支护方案不适合于该段岩体的支护，不再对该方案进行现场数据监测。

对7#穿脉混凝土支护段与锚喷网支护段每5 m设1.5 m高的混凝土监测点，每个监测点现场制作30 mm×30 mm×20 mm(长×宽×厚)混凝土点,在支护体凝固28、60、120、180 d分别进行水平位移监测；7#穿脉混凝土支护监测点表面水平位移数据见表1，7#穿脉锚喷网支护监测点表面水平位移数据见表2。

从表1和表2可以看到，7#穿脉混凝土在支护后120 d有1个观测点碎裂破坏, 6个观测点在支护180 d后全部碎裂破坏；而7#穿脉锚喷网支护只出现宽度不一的裂缝，没有出现碎裂破坏现象。7#穿脉混凝土支护厚度比锚喷网支护厚度增加100 mm，但破坏更严重，各监测点的裂缝宽度比锚喷网支护监测点要宽，说明锚喷网支护方案比混凝土支护方案更优。

表1 混凝土支护监测点表面水平位移 mm

表2锚喷网支护监测点表面水平位移mm

4 结 论

(1)3种支护方案及现场数据监测比较分析,最终确定适合7#穿脉灰岩破碎带最佳支护方案是锚喷网支护方案,该支护方案对灰岩破碎段及类似围岩的支护具有借鉴意义。

(2)主动支护形式要优于被动支护形式，优先选用管缝式锚杆、砂浆锚杆、锚喷、锚喷网支护等主动支护形式，能够较快地提供支护作用力，尽早承接围岩应力，起到较好的支护效果。

(3)不稳固围岩优先选用锚喷网支护方法，可以把锚杆、喷射混凝土、金属网各种支护作用联合发挥，最大限度地抵抗围岩的变形力，从支护初期消弱围岩的变形力，提高支护体的支护效果, 保证井巷工程在合理的支护年限内正常使用。