多种支护技术在宝山铅锌矿的应用及推广

舒 亮,严三纲,杨文忠

(湖南宝山有色金属矿业有限责任公司,湖南桂阳 424402)

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多种支护技术在宝山铅锌矿的应用及推广

舒 亮,严三纲,杨文忠

(湖南宝山有色金属矿业有限责任公司,湖南桂阳 424402)

湖南宝山有色金属矿业有限责任公司是一家历史悠久,从事以铅锌为主的多金属采选业务的矿山企业。随着矿山露采及浅部矿床开采完毕,矿山主要开拓及采准巷道已进入中深部。由于矿山围岩复杂,其中砂页岩、矽卡岩、花岗斑岩等不稳固岩层较多,再加上大小断层、裂隙发育,使得巷道支护成了开拓及采准工程首要解决的问题。经过多年的探索、实验,宝山铅锌矿已形成多种针对不同围岩的支护方式,且支护技术较成熟。

支护方式;软岩巷道;锚网支护;即时支护

湖南宝山有色金属矿业有限责任公司(宝山铅锌矿)矿区位于湖南省桂阳县城关镇以西,自1966年建矿以来,由露天开采逐步走向地下开采。目前开采最深处已达-230.0 m标高,距离地面700多m。由于开采深度逐渐增加,井下巷道地应力也随之变大,再加上围岩本身的不稳固性,因此造成多处巷道垮塌严重,对井下的生产安全、开拓、采矿等均造成较大的困难。为解决以上问题,支护成了宝山井下一项重要工程。经过多年的技术攻关、现场试验,宝山矿已形成多种支护方式。通过不断的改进,目前各支护技术逐步走向成熟。随着深部开拓的逐步推进,继续改善现有支护方式,并研究更适合深部开采的新型支护方式,也是宝山铅锌矿目前正在攻关的技术难题之一。

1 矿山地质简介

宝山矿区根据各岩层的工程地质特征可划分为:梓门桥组白云岩、石磴子组灰岩(包括大理岩、矽卡岩)、测水组砂页岩、花岗闪长斑岩和断层破碎带这五个工程地质岩组。其中梓门桥组白云岩岩性较好,在未受构造裂隙影响地段,巷道施工一般不需支护。石磴子组灰岩中大理岩、矽卡岩易风化。测水组砂页岩的特点是易碎、易风化,风化后呈碎块状和粘土状,坑道中常见冒顶片帮现象,在风化破碎较严重处还见有坍塌现象,坑道施工后一般需及时支护。宝山矿区断裂破碎带较多,如:F21断层、F0-1断层;破碎带中以泥、炭质胶结为主,坑道穿过断层破碎带时常见掉块、冒顶等现象,时间久后还见有坍塌现象。

2 支护技术的应用

经过多年的现场试验,宝山铅锌矿已形成多种适合本矿山各种围岩的支护形式,其中应用最多的为发碹支护和锚网支护,其次是喷浆支护、木支护、圆钢支护、槽钢支护等。目前正在试验研究的有湿式喷浆、锚塑网支护及即时支护等。

2.1 发碹支护

发碹支护是宝山铅锌矿应用时间久、普通实用、应用范围广的一种支护方式。但由于其劳动强度大、成本高、施工时危险性较大(需在不稳定围岩下作业)等缺点,使得该支护方式只在部分条件下才使用。

2.1.1 使用范围

发碹支护使用范围主要为岩性极不稳固,且服务年限较长的主运输巷道。如极不稳固的砂页岩、炭质岩;在经过较大断层(如F21断层)时,由于巷道易冒顶,且大块多,只有使用发碹支护。在矿区使用地点有:西部-110中段161北穿、-110中段150北穿、-150中段北西沿等。

对于一些中段的主运输巷或永久性工程,该支护方式也应用较多。如中段车场、石门、各沿脉运输巷、维修硐室、炸药库等。在矿区使用地点有:西部-190中段车场、南北石门、维修硐室;西部-70中段措施巷炸药库等。

2.1.2 支护设计

钢筋混凝土发碹支护设计如图1所示(以2.4 m ×2.6 m断面为例,下同)。

图1 钢筋混泥土发碹设计图(单层布筋)

其中混凝土配比为:每立方米用量,水泥∶河沙∶碎石=300∶740∶1262(单位:kg)

每米支护所需材料、成本、工时见表1。

表1 每米发碹支护成本明细表

施工时,第一步施工墙部分,先挖基脚立模,再布置钢筋,最后浇筑混凝土;第二步施工拱部分,施工顺序为立模→布筋→浇筑混凝土。施工方法较简单。

2.1.3 应用推广

根据多年的使用经验,从节约成本、减少劳动强度、加强安全措施等方面,对发碹支护做了如下改善:

1.根据围岩稳固情况,可分为单层布筋、双层布筋两种不同布筋方式;也可以不布筋。混凝土浇筑厚度也可根据围岩稳固性的不同进行设计,一般设计厚度有200 mm、250 mm、300 mm等规格。

2.为确保施工时的安全,可以先临时支护,如用槽钢、木材护顶嗣后发碹支护。

3.混凝土搅拌由原来的人工搅拌,改为用小型搅拌机搅拌。

2.2 锚网支护

锚网支护是2011年引进的一种新型支护方式,由于其具有劳动强度较小、应用面广、操作简单等优点,使得其在宝山铅锌矿得到了迅速的推广应用。

2.2.1 使用范围

由于锚网支护能很好的防止顶板石头掉落,在相对稳固的砂页岩内、较破碎的白云岩内、过小断层及破碎带的时候均可以使用,故使用范围较广。特别是对于易风化、遇水膨胀的花岗闪长斑岩和矽卡岩具有很好的支护效果。矿区应用实例有:砂页岩内的西部-70中段措施巷、-110中段157北穿等;破碎地带的西部-110中段156北穿、-190中段北石门;花岗岩内的-110中段156南穿;矽卡岩内的-150中段南东沿。

2.2.2 支护设计

1.锚杆类型选择:锚杆材料为Φ16 mm等强螺纹钢,顶板及两角锚杆加密锚固(间距为600 mm),两帮锚杆(间距为700 mm),每孔装八个药卷(普通锚固剂)。

2.锚杆长度计算:杆长度L=L1+L2+LP,式中L1为锚杆外露长度,取100 mm;L2为锚杆锚固长度,取 100 mm;LP为锚杆有效长度,取 1 600 mm;L=100+100+1 600=1 800 mm。

3.锚杆间距确定:锚杆间距应满足D≤(1/3) L,则D≤1/3×1 800=600 mm。

4.锚杆托盘和网筋:锚杆托盘材料选用规格为120 mm×120 mm×8 mm铁板。

网筋材料选用Φ6 mm六码丝,网孔规格100 mm ×100 mm,钢筋网制作规格为2 000 mm×1 000 mm。

锚网支护设计如图2～图4所示,成本见表2。

图2 锚孔布置图

图3 锚杆排距布置图

图4 网筋及托盘加工图

表2 每米锚网支护成本明细表

2.2.3 施工顺序

施工人员先按设计图在巷道中打眼,每孔深1.8 m,锚杆眼打完后,每个锚杆眼装8卷普通锚固剂,再安装锚杆,锚杆安装完毕,将地面加工好的网筋挂好,网筋安装时应尽量贴近巷道壁和顶板,两网筋连接处重叠10 mm,而后将锚杆托盘套在锚杆外露端,将螺母拧紧。

2.2.4 应用推广

由于该支护方法使用时间较短,但其效果很好。经过推广使用,不断结合实际研究,并不断改善,总结如下:

1.采用主动锚网支护,提高了围岩整体强度,保持了围岩稳定,有效地控制围岩变形。巷道不需维修,降低了维修费用,提高了安全程度。

2.锚网支护材料轻,运输量少,减轻了施工人员的劳动强度。还可以根据围岩的不同稳定程度,制作不同密度的锚网,锚杆长度也可以根据围岩的稳定性使用不同的长度。

3.支护速度快,成本相对较低,可以很大地加快开拓速度。每次掘进、出渣完毕后即可进行锚网支护,减少围岩暴露时间,作业连续性好。

4.经过使用发现,在有水的巷道,锚网暴露在外面容易腐蚀、生锈,经过研究可以采用多种方法解决该难题,例如:嗣后喷浆、采用PE塑胶网代替锚网, PE塑胶网强度和韧性都很好,且不易腐蚀,故是代替锚网的一种很实用的材料,目前本矿山正在试验。

5.目前锚网支护技术正在逐步完善,今后将可以作为采场护顶。在一些留矿法采矿的采场,为保证最终放矿的安全性,可以先进行采场锚网护顶,例如西部-70中段157采场即是使用了该方法。

6.在一些有矿但又较不稳固的砂页岩巷道内,可以先用锚网支护,对今后矿体的回采也无影响。

2.3 即时支护

图5 PE钢性构件液压千斤顶即时支护图

施工时直接用液压千斤顶顶起铺有PE板材的钢架至顶板,作业人员在支护面下打钻作业。打钻完成后,先拆除支护再放炮,嗣后再进行发碹支护工作。

2.4 其他支护方式

1.木支架支护:适用于服务年限较短、多变的地质条件,特别是用于经过砂页岩矿体的巷道的一种临时支护。由于木支架易腐烂易燃等,在本矿山只做一种临时支护。

2.架金属支架支护:金属支架主要有槽钢、圆钢等,根据不同的围岩可选用不同支护材料。此支护较简易,无特殊要求,直接架设即可,但也只用作临时支护用。

3.预制砖支护:此支护只做墙碹支护用。

4.湿式喷浆:利用湿式喷浆机喷射特制胶结料进行支护,一般作为配合锚网支护使用。

3 新型支护方式的研究

3.1 超前锚杆支护法在砂页岩掘进中的研究应用

对于部分即打即垮的巷道,目前是掘进完后先用槽钢护顶再发碹支护,如此支护工作量又大大增加。为此可以研究使用超前锚杆支护法。

超前支护是由超前锚杆、钢拱架、混凝土喷层和围岩四部分组成,形成空间整体支护结构。当巷道穿过不能自稳的断层、破碎带时,在掘进前,顺着巷道轮廓表面预先将锚杆锚入矿岩中,使掘进工作在超前锚杆构成的假顶保护下安全进行。

施工工艺:每隔0.5 m的间距打Φ38～40 mm、孔深为2.0～2.2 m的超前锚杆孔,钻孔与巷道轴线的夹角小于15°,注浆插入锚杆,因矿体较破碎,要在打成孔后立刻注浆插锚杆,在锚杆端部支钢拱架,钢拱架与锚杆端部焊接,最后在已掘进的巷道周边喷上60～100 mm厚的混凝土。如图6所示。

图6 钢架超前锚杆支护法示意图

3.2 长锚索支护在采矿方法中的应用研究

长锚索支护是最近二十多年发展起来的一项加固岩层新技术。用于地下采场的支护,不仅可以提高采场的安全性,降低矿石损失贫化,更重要的是可以扩大地下采矿方法的使用范围,使一些在某种地质条件下本来不适用的采矿方法也可能成为适用的采矿方法。

由于长锚索比普通锚杆长,钻孔直径大,锚固范围大,因此锚杆的挤压加固作用、悬吊作用、组合梁作用都能充分发挥,锚固力强,被锚固岩体整体性和稳定性都能得到极大的改善。用长锚索可以加固空场采矿法两帮和顶板,例如西部-110中段F21断层下盘矿体的回采,当回采至断层边界时,一帮就无法留矿继续往上回采,若用长锚索支护矿体上盘的F21断层,即可留矿继续回采。对于砂页岩矿体的回采,若事先用长锚索支护矿体及两帮和顶板,采矿时即可使用普通充填采矿法进行回采等等。

长锚索支护的应用,可以改变一些采场传统的顶板支护方法。在相同的地质条件下,放宽了选择采矿方法的使用条件,扩大了某些采矿方法的使用范围。因而长锚索支护的应用无论对采矿方法的研究还是支护都将是矿山的突破点。

4 结束语

针对井下掘进巷道施工不同的地质条件和特点,要采取科学可行的与地质条件相适应的支护方法,要以客观为依据,不断改变和创新,才能在施工中既保证施工安全,又能加快施工进度,本矿山在支护方面总结出了较丰富的经验。

[1] 李井生.施工巷道过断层破碎带支护方法[J].煤炭技术, 2011,30(3):25-26.

[2] 汪和平,于国立,石功.镜铁山铁矿不稳定巷道中的掘进支护方法[J].金属矿山,1999,(7):16-17,35.

[3] 牛化龙.长锚索支护在国内外地下采矿中的应用[J].云南冶金,1990,(5):7-11.

Application and Promotion of a Variety of Supporting Technologies in Baoshan Lead-Zinc Mine

SHU Liang,YAN San-gang,YANG Wen-zhong
(Hunan Baoshan Nonferrous Metals&Mineral Co.,Ltd,Guiyang424402,China)

Hunan Baoshan nonferrous metals mineral limited liability company is a long history mining enterprise in the zinc-based multi-metal mining operations.With the mine open-pit mining and shallow deposits depleted,mines and mining potential to open up the main roadway have entered the deep.As the complexity of mining rock,including much sandstone and shale,skarn,porphyry which are unstable coupled with the size of faults and fissures, the roadway support has become the primary solution to the problem of develop and adopt standard engineering.After years of exploration,experimentation,Baoshan mine has formed a variety of different rock support methods,and the supporting technology is more mature.

support pattern;soft rock houses;bolting with wire mesh;immediate support

TD353

A

1003-5540(2012)01-0001-04

舒亮(1988-),男,助理工程师,主要从事采矿技术工作。

2011-12-08