新奥法在阿舍勒铜矿软弱围岩巷道施工中的应用.pdf

总第 1 0 5 期 2 0 0 5 年第 2 期 西部探矿工程 WE S T--C HI NA E XP L 0R AT1 0N E NGI NE E RI NG s e r i e sN 0 ． 1 0 5 Fe b ．2 0 0 5 文章编号 1 0 0 4 --5 7 1 6 2 0 0 5 0 2 --0 1 0 1 --0 2 中图分类号 U4 5 5 ． 4 8 文献标识码 B 新奥法在阿合勒铜矿软弱围岩巷道施工中的应用 王 刚， 王利华 新疆阿舍勒铜业股份有限公司， 新疆 哈巴河 8 3 6 7 0 0 摘要 通过对锚网喷支护的力学分析， 结合松散破碎围岩的破坏特征， 设计并确定支护工艺参数， 进行新奥法钢拱架 锚 网喷联合支护对松散破碎围岩巷道的试验研究 ， 以探 索该矿在软围岩条件下的支护改革 。 关键词 围岩； 新奥法 ； 钢拱架； 锚网喷； 支护 松散破碎围岩中的巷道支护长期 以来是一个难 以解决的问 题 ， 尤其是大断面的巷道 ， 由于其跨度大 ， 支护更 为困难 。过 去， 该矿一直采用砌碹对大断面巷道进行支护。存在掘进量大、 施工 不安全 、 工人劳动强度大 、 不适应松散破碎 围岩的破坏特征 、 支护 效果差等问题。特别是在动压条件下， 巷道破坏后修复困难， 对 生产影响很大。为此， 阿舍勒铜矿在斜坡道开拓施工中， 对破碎 围岩条件下的支护进行了改革， 采用新奥法钢拱架锚网喷联合 支护进行试验， 收到较好的效果。 1 钢拱架锚网喷支护方式的力学分析 理论和实践证明 ， 如果 围岩在 未进 入松动前就及 时 支护 ， 并保持支护层与围岩紧密接触， 使支护体与围岩形成共 同承 载体 ， 围岩的发展必然受到限制。反之， 围岩变形就能自由发 展， 最终必将导致松动压力的出现。若任其变形继续发展， 支 护结 构便承受松动压 力 。按照 变形 压力理 论 ， 支护结 构 的主 要作用是限制围岩位移的发展， 改善围岩的应力状态， 阻止围 岩松 驰范 围的增大 。 锚网喷支护一是能与松散岩层的变形特征相适应； 二是铺 设金属网后 ， 能及时阻止小块活石片落， 避免 围岩中的裂隙进一 步发展。同时也能使巷道周边松散岩块 的不均匀松散压力成 为 相对均匀的压力圈 围包力 继续承载； 三是及时喷射的砂浆喷层 对围岩起了有效的封闭作用， 使围岩强度长期保持在一个较高 水平； 四是锚杆杆体在围岩内不受弯曲力矩的作用， 也不会受非 均匀载荷而降低其有效支托能力。其他外部支护方式在围岩应 力的作用下， 产生屈服变形和破坏是弯曲力矩造成的， 从而使支 架失稳。而锚杆支护相对而言是一种主动的变形形式， 它所形成 的作用力基本上是在围岩产生较大变形前产生的， 故能避免上 述力学破坏， 能有效地控制围岩； 五是喷层和围岩紧密结合． 锚杆 深入围岩 内部 ， 由喷层～锚 杆一钢拱架 一金 属网～围岩组 成 了 一 种承载结构， 它们共 同承载， 共同变形 ， 内外结合 ， 刚柔相济。 因此 ， 锚网喷支护能有效地控制围岩变形。 2 松散破碎围岩中巷道施工钢拱架锚网喷联合支护试验 2 ． 1 试验条件 阿舍勒铜矿斜坡道层理节理发育， 受断层切割， 围岩具有变 形快、 易风化、 易冒落的特性 。结构周围滑动面多， 极易冒落。巷 道掘进后， 围岩处于松散结构， 在岩体自重条件下， 岩石单元体形 成尖桃形 冒落拱。按该矿的惯例 ， 采用砌碹 支护。经反复研究 ， 决定采用锚网喷加钢支架支护作试验。 2 ． 2 支护参数选择 2 ． 2 ， 1 断面尺寸确定 严格按中国有色工程设计总院的设计要求施工， 断面规格 为 宽 高 4 ． 3 mX 4 ． 1 m。 2 ． 2 ． 2 支护参数确定 1 锚杆参数计算 根据国内外经验， 在松散破碎围岩条件 下， 锚杆参数一般按锚固力均匀压缩带原理计算检验。即通过锚 杆群的锚固作用， 把围岩周边一定范围 厚度 的岩石均匀压缩成 能承受一定载荷的稳定岩体 承载环 ， 使围岩的强度和承载能力 得到充分发挥， 变荷载为承载体， 使之保持围岩稳定、 起到有效支 护的作用 。在锚杆锚固力作用下 ， 每根锚杆周围形成一个筒状压 缩区， 各锚杆所形成的压缩区彼此联成一个厚度均匀的压缩带， 均匀的压缩带内岩体各点在锚固力作用下， 造成岩体的三轴应 力状态， 提高了承载一半的承载能力。因此， 锚杆的锚固力对围 岩的加固作用及支护能力起到十分重要的作用 。 根据经验公式选择锚杆长度 L n 1 ． 1 W／ 1 0 1 ． 8 4 m 式中 W一 巷道毛宽 ， n l ； I 锚杆长度 ， m； 一一 围岩稳定性系数， 设计取 1 ． 2 。 考虑到现有锚杆规格 ， 取 L 1 ． 8 m。 选择锚杆网度 D D ≤O ． 5 L ≤O ． 9 2 m 考虑到围岩松散破碎， 加之先取 L 一1 ． 8 l _ 8 4 m， 设计选取 D0 ． 9 m 。 锚杆网度校核 下式中 N为锚杆密度 N1 ／ I 2 1 ． 2 3 根／ m2 上述锚杆网度 0 ． 9 rex0 ． 9 m， 也就是说 ， 每增加 0 ． 8 1 m 2 增加 2 根锚杆 ， 安全系数已能满足要求 。 2 钢拱架锚网规格确定 ①钢拱架结构 由 4 根主筋和处于它们形成的四边形范围的 维普资讯 1 0 2 西部探矿工程 F e b ．2 0 0 5 N0 ． 2 加强筋焊接而成， 主筋分别为直径 2 0 m m、 1 8 m m螺纹网， 加强筋 为直径 l O mm的圆钢， 根据巷道断面的大小， 钢拱架可分为 4 ～5 块， 每块接头分别焊接厚 1 2 m m的连接钢板， 在巷道中用 M2 0 6 0的螺栓将各块连接成整体或直接焊接网构钢拱架的内轮廓比 巷道尺寸大 5 0 m m， 钢构拱架底脚埋入巷道底板 l O O m m。 ②锚杆 、 金属网规格 考虑到岩块掉顶形成大小不等的尖桃 状 拱， 使 巷 道 周 边 不 平 整。锚 网 规 格 定 为 长 2 0 0 0 mm， 宽 l O 0 0 m m， 网孔 l O O m mX l O O m m， 使用j 2 『 6 m m钢筋加工。锚杆为 直径 1 8 mm的螺纹钢 ， 根据人工凿岩的施工条件长度为 1 ． 9 m， 螺 纹长 l O O m m， 垫板为碟形 1 5 0 mmX 1 5 0 m mX 4 姗 ； 或采用 1 ． 8 m 的管缝式锚杆。 3 喷厚确定 理论与实践证明， 喷层主要承受压力剪作用。 喷层内有较好的柔性， 但又要求喷层有一定的支护强度， 结合以 往施工经验， 确定喷层为 l O O m m。 锚 网喷支护参数见表 1 。 裹 1 锚网喷支护参数 2 ． 2 ． 3 钢拱架喷锚网联合支护施工工艺要求 在斜坡道巷道施工中， 要求巷道掘进采用光面爆破， 使巷道 轮廓成型规整， 减少爆破对围岩的爆破震动， 巷道超挖应控制在 1 2 0 m m之内， 由于网构钢拱架是在地面预先加工成型的， 在工作 面进行组装， 应使钢拱架紧紧贴岩才能更好发挥效果， 所以要求 巷道成型规整。使用长 1 ． 8 m快硬水泥药卷固结锚杆或管缝式 锚杆， 使用j 2 『 6 mm的钢筋加工金属网、 相邻网的搭接处用扎丝固 定， 使所挂网成一整体。工艺流程 爆破后初喷拱顶一打锚杆眼 先拱后顶 一支钢拱架一挂网安装锚杆 先拱后帮 一喷浆。 1 初喷 爆破完毕 ， 检查顶部规 格尺寸后 ， 及时初喷 3 O ～ 5 0 m m厚 的砂浆封闭围岩 。 2 锚杆 眼施工 根据岩石的稳 固程度决定网构钢拱架的间 距通常为 8 0 0 1 2 0 0 m m， 按 网构钢拱架的间距打锚杆眼， 并安装 锚杆， 使用快硬水泥药卷固结锚杆。 打眼前画眼定位， 钻孔方向要尽量垂直于岩层层面或巷道 周边轮廓线， 锚杆眼深 1 ． 8 m， 以防局部碎石掉落后能及时重新注 入。 3 组装网构钢拱架 用紧固螺栓组装网构钢拱架， 并将网构 钢拱架固定在锚杆上， 上紧锚杆托盘， 使网构钢拱架紧贴岩面。 4 安装锚杆、 挂网 先将锚杆穿过网孔并注入锚杆眼内使托 板紧贴岩面 ， 逐根进行 ， 最后用扎丝将所有 网搭接和 固定。在两 架网构钢拱架之间敷设金属网， 金属网用铁丝绑扎在锚杆上， 金 属网相互间要搭接， 也用铁丝绑扎， 并使其紧贴岩面， 金属网也可 在网构钢拱架组立前先绑扎在锚杆上。 5 喷射砼 网构钢拱架、 锚杆、 金属网都按设计要求安设好 以后 ， 就可以喷射砼 。在靠近掌子面的网构钢拱架之间的初次喷 射砼的同时 ， 可以复喷加厚远离掌子面的网构钢拱架 间的砼 ， 每 隔 3 ～5 m一次复喷， 经过多次复喷达到设计厚度。 6 钢拱架封底问题 按设计要求凡是有钢拱架支护的地段 为使拱墙支撑稳定， 必须及时在巷道底加设底钢架支撑喷混凝 土封底， 形成封闭圈， 保证安全施工。这样却带来了一些施工问 题 其一是初期支护封底后， 需要喷射的混凝土初凝后才能作业， 这样会影响工期； 其二是出碴运输车辆长期在洞底来回碾压， 会 破坏封底结构 特别是斜坡道施工， 前期没有施工砼地面 ， 甚至 会导致侧墙钢支撑的松动； 其三是如果封底结构破坏， 底撑锈蚀， 将会给处理带来麻烦。鉴于上述情况， 在侧墙底部采取加强措 施 ， 即在侧墙底部钢支撑处打垂直锚杆 ， 并用混凝土封闭， 临时替 代底撑的作用 ， 这样就解决 了上述三个问题 。 3 结束语 1 新奥法的原理可以概括为 保持岩石原有的性能， 充分发 挥岩体承载作用， 对变形加以控制， 锚喷支护， 根据实际情况分析 确定最终支护， 支护越适时越好。最重要的是设计人员、 施工人 员和监测人员互通情况 ， 及时采取适当的措施 。其中最主要的是 必须掌握被称为新奥法三大支柱的锚杆支护、 喷射混凝土支护 和现场量测的内容。因此， 设计理论和施工实践的紧密结合， 是 新奥法应用的关键 。 2 在特殊情况下， 要具体问题具体分析。如对粘性土用注 浆法作为临时初期支护手段是难以奏效的， 必须加强超前支护。 当巷道穿越软塑或膨胀性土或洞顶壁应力集中和偏压过大时， 钢筋花拱架支护对安全不能保证时， 必须及时进行衬砌， 才能使 岩体不致于破坏。而当遇到一些围岩为极软弱的松散体时， 只靠 锚喷支护还不足以控制围岩变形， 可增加一定数量的钢拱架， 满 足工程要求。因此在采用新奥法施工中， 要做到灵活应用。 3 使用新奥法在松散破碎围岩中施工的成功经验表明， 在 松散破碎的多构造 区采用钢拱架锚 网喷联合 支护， 是一次 劳动 强度低、 巷道维护费用省、 综合经济效益好的支护结构形式。锚 网喷支护能及时有效地将围岩控制在 自稳期内， 积极保证围岩 强度， 并能充分利用和发挥围岩 自身的承载能力。因此， 软弱围 岩采用钢拱架锚网喷联合支护不但技术可行， 经济合理， 而且对 矿井建设的生存与发展来说， 也是十分必要的。 参考文献 E l i 中国矿业大学． 井巷工程E M] ． 煤炭工业出版社， 1 9 8 9 ． E 2 ] 汪启友， 夏兴， 等． 锚网喷联合支护在软岩土断面交叉点中的应用 E J ] ． 建材技术， 2 0 0 0 ， 1 2 6 ． 维普资讯