金川矿区高应力破碎岩体条件下的巷道支护技术_王贤来

Support Technology of Roadways in Highly Stressed Weak Rock Massin Jinchuan Mining District
WAN G Xian -lai 1 , Y AO Wei - xin2 , HAN Bin 2 (1 .Long shou mine of Jinchuan G roup Corp .L td., Jinchang ,
地段
断面(m2)
1424 充填道
2 .5 ×2 .5
1340m 下沿脉道 3 .0 ×2 .75
1280m -1340m 斜坡道 4 .6 ×3 .5
用途 原为分段道 , 现改为充填道 原为沿脉道 , 现改为充填道
无轨运输通道
建成时间 1991 1992 2001
主要变形破坏方式 断面变小 , 巷道大面积开裂 断面变小 , 巷道面积开裂
1 金川矿区井下巷道变形破坏现场观测
龙首矿是金川矿区的主要生产矿山之一 , 目前 服务的巷道的 标高从 1460 m 一直延伸到 850 m 。 从巷道变形的总体规律来说 , 浅部老巷道已经逐渐 趋于稳定 , 变形量较小 。随着开采深度的增加 , 地应 力逐步增大 , 深部巷道的变形破坏速度明显加快 , 无 论是新成巷道还是返修巷道都有这一特点 。目前龙 首矿巷道的破坏变形情况见表 1 。
1280 水平以下的工程施工中 , 普遍存在有前面 掘进 , 后面需返修的现象 , 变形最快的地段一般在 3 天之内就会出现超过 10m m 的裂缝 , 而且水平应力 和垂直应力同时作用 , 顶板上有明显的水平挤压裂 缝 , 槽钢拱架往往在该处产生褶皱重叠 。 垂直压力 表现在侧墙喷射混凝土层被剪切破坏的现象明显 , 裂缝两侧喷射混凝层局部重叠超过 20 mm , 槽钢拱 架在腰部或拱腿部最容易鼓出 。
喷锚网 , 套灰 及局部注浆支护
单层喷锚网
双层喷锚网 , 局部加槽钢拱架
双层喷锚网 , 局部加槽钢拱架
双层喷锚网 , 局部 加槽钢拱架
喷锚网 , 套灰 及局部注浆支护
喷锚网 , 套灰及 长锚索支护
2 几种支护方式的现场应用
自上世纪 80 年代以来 , 金川矿区不良岩层的支 护先后采用了木支护 、预制块支护 、金属架支护 、现 浇混凝土支护等 , 但都存在一定的弊端 。 木支护服 务期限短 , 且容易压坏 ;预制块支护的施工劳动强度 大 , 效率低 , 壁后充填困难 , 一旦受压 , 两帮鼓裂 , 顶 部预制块易被挤碎 ;金属支架由于受巷道收敛的影 响而易于发生扭歪 , 失去稳定 ;现浇混凝土的初期强 度低 , 壁后不易充填密实 , 拱顶振捣困难 。 因此 , 上 述几种支护方式已逐渐被淘汰 。 目前 , 金川镍矿不 良岩层巷道采用的支护方式主要包括下列几种 。 2 .1 喷锚网支护
一般理论认为 , 巷道一旦开挖以后 , 其变形在一 段时间内会处于一种等速发展 , 只有当变形速率明 显减小后 , 再进行二次支护是比较合理的 。这点在 金川矿区巷道支护实践中尤其表现得比较明显 , 已 经形成了“先让后抗”的支护模式[ 4] 。 2 .2 巷道注浆加固支护
巷道注浆工程可以分为两种 , 即壁后充填注浆 和围岩加固注浆 。 壁后充填注浆是在衬砌上预埋注 浆管 , 利用注浆泵向衬砌与临时支护的素喷射混凝 土之间以一定压力注入能在空气中或在水中固化的 浆液 , 从而使衬砌与围岩密帖 。 围岩加固注浆则是 通过钻孔 , 用注浆泵向围岩裂隙压入某种浆液 。 巷 道注浆具有以下的作用 :
稳定
断面变小 , 局部片冒 , 一周 内顶板和帮开始变形破坏 断面变小 , 片帮 、底鼓 , 局部 巷道三月后停工大量返修 施工中 , 局部片冒 , 底鼓 , 在施工中就进行局部返修
局部片冒 , 底鼓 , 在 施工中就进行局部返修
稳定
稳定
原支护方式 砼砌块和木支护 砼砌块和喷锚网支护 喷锚网, 槽钢拱架支护 喷锚网 , 槽钢拱架 及局部套灰支护
9
1160 m 沿脉道
3 .0 ×2 .7
10
850 m 车场 、水仓
4 .6 ×3 .5 3 .0 ×2 .7
11
盲井卷扬机房
8 .0 ×6 .0
有轨车场 有轨运输道 无轨运输通道
有轨车场 有轨运输道 井底水仓及相关工程 卷扬机硐室
2002 2003 2003 2003 2001 2003 2000
针对金川镍矿不良岩层巷道的围岩特征 , 采用 喷锚网支护尽可能快的提供支撑抗力 , 有效阻止围 岩松散 , 同时又能在有制约的条件下容许围岩变形 缓慢发展 , 使围岩应力得到一定释放 。 在金川矿区 所作的大量科研试验及现场实践充分证明 , 喷锚网 支护的效果是非常好的 。
喷锚网支护能有效的改善围岩应力状态 , 使周 边围岩处于比较均匀的三向受力状态 , 从而充分发 挥围岩的自承作用 , 防止围岩因单向受力而破坏 ;喷 锚网有相当大的柔性 , 容许围岩在不松散的条件下 出现大的变形 , 减轻了支护自身的负担 ;喷锚网具有 良好的封闭性 , 有效的降低了潮湿空气及地下水对 岩体的侵蚀和由此伴生的潮解 、膨胀和矿物变质 , 有
断面变小 , 片帮 、底鼓
4
1280 m 沿脉道
4 .6 ×3 .5
有轨运输道
1999
断面变小 , 片帮 、底鼓
5
1220 m 井底车场 4 .6 ×3 .5
6
1220 m 沿脉道
4 .6 ×3 .5
7 1280 ～ 1220 m 斜坡道 4 .6 ×3 .5
8
1100 m 盲井车场
4 .6 ×3 .5 3 .0 ×2 .7
收稿日期 :2004 -01 -13 作者简介 :王贤来(1968 -), 男 , 甘肃天水人 , 工程师 , 主要从事采矿技术与管理工作 .
第 2 期 王贤来 , 等 : 金川矿区高应力破碎岩体条件下的巷道支护技术
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表 1 龙首矿巷道变形破 坏情况的统计表
序号 1 2 3
G ansu 7737102 , China ;2.School of resource and safety engineering , Central South University , Changsha , Hunan 410083, China)
Abstract :In Jinchuan Mining District , with the engineering geological condition being very complex , the ro ck mass being seriously sof t and fractured , and the ground stress being high , nearly 25 percent o f roadways are in w eak rock mass , the suppo rt of roadways is a serious problem .T he authors have made a detailed investigation on the defo rmation and failure law s of the roadway in w eak rock mass in Jinchuan mine , systemically evaluate the suppo rt effect of all kinds of suppo rt w ay used in this mine , and introduce the bolt -shotcrete -mesh suppo rt , grouting reinforcement suppo rt as w ell as combined support in detail , finally summarize the optimal suppo rt way for all kinds o f roadw ay s in similar hig hly stressed weak rock mass according to many years of in -situ ex perience . Key Words:Hig h-stress, Weak rock mass, Suppo rt of roadw ay , Bolt -sho tcrete -mesh support , G routing reinforcement , Combined suppo rt
(1)浆液注入岩体裂隙中 , 可改变围岩的松散 结构 , 提高粘结力 、内摩擦角及弹性模量 , 阻止水对 岩体的侵蚀和空气的风化作用 ;
(2)注浆后 , 喷层壁后充填密实 , 可使载荷均匀 的作用于喷层和支架上 , 避免出现应力集中 ;
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矿 业 研 究 与 开 发 第 24 卷
金川矿区地下巷道收敛变形具有变形快 、初期 变形量大的特点 , 在施工 1280 ～ 1220 m 斜坡道的过 程中 , 原设计的长锚索支护因岩石非常破碎而无法 施工长锚索钻孔 , 后变更为双层喷锚网加槽钢拱架 支护 。然而施工后 , 在 3 个月内由于巷道变形量太 大(个别地方变形量接近 1 .0 m), 该工程被迫停止 前掘 , 重新进行了大面积的开帮返修工作 。
金川矿区出露前震旦系古老结晶变质岩系 , 历 次构造运动给矿区留下了以断裂为主的构造形迹 , 大小断层裂隙带纵横交错 , 整体性差 。 矿区的巷道 一般埋深在 300 ～ 1000 m 之间的地层中 。 一些处于 不良岩层中的巷道 , 由于围岩地质条件复杂 , 地应力 大(测得的最大主应力值为 32 M Pa), 巷道开掘后严 重向内挤压 , 围岩变形量大 , 具有明显的流变性 , 给 巷道维护带来了极大的困难 , 严重影响了矿区建设 速度[ 1 ～ 2] 。
(3)注浆充填围岩裂隙 , 配合喷锚支护 , 可以形 成一个多层支护组合拱 , 即喷锚网组合拱 、锚杆压缩 区组合拱及浆液扩散加固拱 , 扩大支护结构的有效 承载范围 , 提高了支护结构的整体性和承载能力 ;