破碎巷道錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)研究

近些年來，地下巷道的開挖深度越來越大，大變形破碎巖體工程也應(yīng)用的更加廣泛，但因為破碎巖體本身帶有節(jié)理裂隙等特質(zhì)，再加上水、夾層泥等客觀因素的影響，巖體很容易出現(xiàn)變形，嚴(yán)重的還會造成支護(hù)功能損壞、巷道穩(wěn)定性變差等問題，致使后期維護(hù)成本的進(jìn)一步加大。面對這種情況，要想從根本上保證巷道和礦山的安全和穩(wěn)定，促使維護(hù)成本的有效降低，進(jìn)行支護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新和改良是很有必要的。
　　1   工程概況
　　本文所主要研究的鉛鋅礦地處甘肅省南部隴南地區(qū)，該礦開采近30余年，多中段采空區(qū)重疊，局部地應(yīng)力大，出現(xiàn)了裂隙現(xiàn)象。礦體和周圍巖石極大的受地應(yīng)力和地下水腐蝕的影響，當(dāng)中還夾雜著大量的泥質(zhì)填充物，這種填充物一旦遇到水就會變軟且很容易發(fā)生膨脹。在針對這部分區(qū)域進(jìn)行巷道的開挖工作時，受地下水的影響，巖石只能實現(xiàn)短時間的自穩(wěn)，要是不做好相關(guān)的支護(hù)工作，巷道隨時都有可能出現(xiàn)變形，甚至坍塌。再加上不少施工單位在此地進(jìn)行過不同程度的爆炸作業(yè)，造成巖體裂隙更為嚴(yán)重，其本身的堅硬程度也會受到極大的影響，這對礦山支護(hù)工作來說，是一項不小的挑戰(zhàn)。當(dāng)前該礦山的破碎巖體巷道中的支護(hù)方法主要采用的是2m長的管縫式錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴混凝土，但變形、輕微塌陷的現(xiàn)象依然存在。
　　2   松動圈現(xiàn)場實測
　　2.1 破裂區(qū)測量
　　筆者測量巷道圍巖松動圈所使用的設(shè)備是JL-IUCA6（A）基樁多孔自動超聲儀，以2580分段的CM24和CM16兩條進(jìn)路內(nèi)來布置測孔，傾斜角度為-5°，孔的深度大約為5m，彼此間距約為1.7m。
　　2.2 結(jié)果分析
　　在測量結(jié)束后，筆者將測量結(jié)果制成了相關(guān)的波速變化曲線，通過認(rèn)真仔細(xì)的分析可以得出，在這兩條進(jìn)路巷道的圍巖當(dāng)中，測孔深度越深，圍巖超聲波波速都有著的“不變——降低——增大——不變”的變化走向，這種跡象表明巷道圍巖當(dāng)中是有松動圈存在的。
　　在深度超過2.4m的區(qū)域內(nèi)，圍巖波速大概在每秒3000～3400m左右，這表明該處的圍巖相對完整，而在1.8～2.4m的深度范圍內(nèi)，波速則出現(xiàn)了嚴(yán)重下降，這說明此處的圍巖出現(xiàn)了不夠完整，出現(xiàn)了破壞的現(xiàn)象。所以，從相關(guān)曲線結(jié)果中可得出初步結(jié)論：松動圈的厚度大概為1.8m，這和松動圈的普遍值基本一致。
　　結(jié)合松動圈支護(hù)理論不難發(fā)現(xiàn)，該礦山松動圈屬于大松動圈，圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，針對其圍巖的結(jié)構(gòu)特點，通常采用錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土的支護(hù)方法較為合適。
　　3   支護(hù)參數(shù)選擇及施工
　　3.1 支護(hù)方案選擇
　　通過對當(dāng)?shù)卦趹?yīng)對大變形破碎巷道支護(hù)所積累的經(jīng)驗和成果分析，我們得出了有關(guān)圍巖支護(hù)方法的初步方案。現(xiàn)已知其松動圈的半徑長度為1.8m，但礦山常用的管縫式錨桿的有效使用長度基本也是1.8m，如果使用這種錨桿，那么破碎巖體是很難被固定住的，所以應(yīng)該采用有效使用長度更長的錨桿。錨桿群和鋼筋網(wǎng)組合使用，能夠把破裂區(qū)的巖石有效固定，形成組合拱，而長錨索則可以將組合拱固定在巖層深處。通過這種方法，能在控制破碎巖體的小幅度移動方面起到很關(guān)鍵的作用，從而進(jìn)一步克服巷道支護(hù)的挑戰(zhàn)。
　　3.2 支護(hù)參數(shù)設(shè)計及施工
　　相關(guān)參數(shù)和具體設(shè)計方案：
　?。?）選用錨桿時，推薦使用25Mn螺紋鋼樹脂錨桿，直徑為18mm，長度為2200mm，錨桿間的距離為0.7m×0.8m，15根為一排。
　?。?）選用錨索時，應(yīng)該選用直徑為17.8mm，長度為6.5m的錨索，間距控制在1.5～2m范圍內(nèi)，5根為一排。
　?。?）選用鋼筋網(wǎng)時，最好選用6mm圓鋼點焊成的、規(guī)格為1300mm×9000mm的網(wǎng)片，孔洞的大小為100mm×100mm，推薦使用蝶形托班，規(guī)格為120mm×120mm×6mm。
　?。?）關(guān)于噴射混凝土方面，在開挖作業(yè)結(jié)束后，要馬上先行噴30mm厚的混凝土，之后設(shè)置掛網(wǎng)和樹脂錨桿，再噴40mm的混凝土，最后再噴30mm混凝土，使其盡可能達(dá)到永久支護(hù)的效果。
　　4   數(shù)值模擬驗算
　　4.1 模型構(gòu)建
　　筆者采用FLAC3D軟件進(jìn)行了支護(hù)參數(shù)方面的分析，以摩爾-庫倫模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了20m×10m×20m的集合模型，巷道則采用了3.8 m×（1.9+1.7）m的半圓 拱形斷面。
　　4.2 模型開挖 　　筆者主要通過對3種不同方法進(jìn)行了巷道開挖后的變形對比，目的主要是為了測試在不同錨桿支護(hù)間距情況下，支護(hù)情況和效果會出現(xiàn)哪些不同。
　　方法一，只開挖巷道;方法二，采用間距為1m×1.2m的錨桿進(jìn)行支護(hù)，并配合噴射混凝土的使用;方法三，選用間距為0.7m×0.8m的錨桿支護(hù)，同樣配合噴射混凝土的使用。
　　4.3 結(jié)果分析
　　通過前面的支護(hù)方法對上述3種方法進(jìn)行塑性區(qū)分析，并對這些方法下的巷道拱頂垂直方向、右拱肩水平方向以及拱底垂直方向的變化情況進(jìn)行了測量，確保支護(hù)方法的科學(xué)性和合理性。
　?。?）通過對1m×1.2m間距的分析可以發(fā)現(xiàn)，0.7m×0.8m間距的錨桿支護(hù)塑性區(qū)較小，這表明較小的支護(hù)間距能夠?qū)ζ扑閹r體的塑形性有更好的效果。
　?。?）上述3種方法條件下的巷道拱頂、拱底乃至拱肩位置都出現(xiàn)了變形現(xiàn)象，而且時間越長，變形程度越大，最后慢慢走向自穩(wěn)。在這3種方法中，拱頂和拱底的自穩(wěn)時間大概為25d，這說明支護(hù)間距的變化對拱頂和拱底的自穩(wěn)時間所造成的影響不大，但右拱肩的自穩(wěn)時間則從20d縮短到了10d，收斂值也由3.4cm減小到了1.5cm，這充分表明支護(hù)工作不光有效縮短了巷道的自穩(wěn)時間，也極大的使巷道的收斂值得到減小。
　　5   結(jié)語
　　本文首先通過一系列計算，得出了破裂區(qū)和塑性區(qū)的基本數(shù)值，同時也計算出了松動圈的數(shù)值范圍，這和理論值基本一致，由此得出了巷道圍巖是大松動圈的結(jié)論，同時筆者還發(fā)現(xiàn)文中礦山原本選用的管縫式錨桿并不能起到應(yīng)有的效果，所以提出了長錨索和高強度樹脂錨桿結(jié)合支護(hù)的方法。與此同時，筆者又發(fā)現(xiàn)，使用錨桿+錨索的支護(hù)方法不光能極大的控制巷道圍巖的變形程度，還能有效縮短其自穩(wěn)時間，并通過和多種支護(hù)方法的對比，再次驗證了原有設(shè)計方法的科學(xué)性和合理性，從而有效應(yīng)對巷道支護(hù)工作所存在的問題，真正實現(xiàn)支護(hù)工作的進(jìn)一步成功，希望這能為我國的巷道支護(hù)工作，起到一定的促進(jìn)作用。