堑沟底部结构复合支护技术

李强，李明宇，李向东

（1．长沙矿山研究院有限责任公司，长沙410012；2．国家金属采矿工程技术研究中心，长沙410012；3．哈密和鑫矿业有限公司，新疆哈密839099）

堑沟底部结构复合支护技术

李强1，2，李明宇3，李向东1，2

（1．长沙矿山研究院有限责任公司，长沙410012；2．国家金属采矿工程技术研究中心，长沙410012；3．哈密和鑫矿业有限公司，新疆哈密839099）

针对图拉尔根铜镍矿软弱破碎岩石条件下的采场底部结构，对支护方式与效果进行了试验与研究。基于现代支护结构原理，根据矿围岩条件和现场实际工况提出了复合支护技术方案。根据巷道的功能和受到深孔爆破振动破坏程度的大小，针对性地选用支护方式。通过复合支护技术最大限度地提高围岩的自身承载能力，使支护系统与围岩共同维护出矿底部结构的稳定。该支护技术使巷道稳固性大大提高的同时降低了支护成本，为矿山实现安全高效开采提供了有力的保障，为同类型矿山回采过程中底部结构的形成和支护形式提供技术参考。

软弱岩层；堑沟底部结构；喷锚网复合支护；锚杆支护理论

大直径深孔阶段空场嗣后充填法作为一种高效的采矿方法，在国内外矿石和围岩稳固的倾斜和急倾斜厚和极厚矿体矿山被广泛采用，该采矿方法中采场矿石全部由底部结构出矿，因此采场的底部结构在很大程度上影响着采矿方法的效率、劳动生产率、采准工程量、矿石的贫化与损失以及放矿工作的安全等［1－2］。其中V型堑沟进路出矿的底部结构是最安全、高效的出矿底部结构，近些年随着先进的无轨出矿设备的应用推广，被越来越多的矿山采用［3－4］。

但是在应用的过程中逐渐显露出一些问题，爆破振动和崩落矿石的冲击对装矿进路的稳定性影响更大，进而破坏装矿进路眉线，减少装矿进路的长度，有个别装矿进路甚至报废而无法使用，造成矿石的损失，并且存在安全隐患。本文针对不稳固区域堑沟底部结构的支护技术进行试验与研究，提出了基于现代支护结构原理，通过复合支护方式最大限度地提高围岩的自身承载能力及稳定性，使支护系统与围岩共同维护出矿底部结构的稳定的复合支护方案。

1 矿山概况及出矿过程中的问题

1．1 矿山概况

图拉尔根铜镍矿矿体位于基性—超基性杂岩体内，赋矿岩石为角闪橄榄岩，矿床属于基性—超基性岩浆有关的岩浆熔离型、贯入型Cu、Ni矿床。目前采用大直径深孔阶段空场嗣后充填法进行回采，采场垂直矿体走向布置，分两步骤“隔一采一”进行回采，一步骤采场10m，二步骤采场15m。上下中段留8m底柱，采场高度为42m，采场长度为矿体水平厚度，采场最长为60m。采场底部结构采用双侧进路出矿（见图1）。出矿采用2m3柴油铲运机，出矿进路间距12m。

图1 出矿底部结构Fig．1 Ore－drawing bottom structure

1．2 出矿过程中的问题

1 250m中段228穿脉在施工工程中矿岩条件比较破碎，矿山分别采用了管缝式锚杆＋钢筋网支护，但是由于矿岩条件较破碎，管缝式锚杆只能将钢筋网加固到较大的岩块上，矿岩较破碎且粘结性较差，受到爆破和出矿的振动，破碎带上的充填物开始脱落，破坏了岩石的自然拱，巷道发生坍塌，支护失效。矿山对坍塌部位清理后进行二次支护，采用钢拱架支护，使得支护成本大幅增加。

229采场的部分出矿进路在深孔爆破时部分装矿进路眉线破坏，装矿进路的长度减少，有个别装矿进路甚至报废而无法使用，一条装矿进路损失矿量约为1 200t矿石。

2 支护方案研究

2．1 支护方案

根据巷道的功能和受到深孔爆破振动和出矿破坏的大小，分别采用两种方案进行支护［5］。

方案一：出矿穿脉巷道二步骤回采时作为凿岩巷道，受到深孔爆破振动和出矿破坏较小，采用素喷封闭＋组合喷锚网支护方案。在巷道施工完成后及时进行素喷混凝土凝固支护，采用浅孔钻机按1m ×1m的网度打锚杆孔施工钻孔，用2m×2m网度的管缝式锚杆将金属网固定至岩面，按2m×2m网度安装水泥卷或砂浆锚杆，待水泥卷养护24h后将螺母拧紧，再进行喷射混凝土支护，支护厚度50 mm。组合喷锚网安装图见图2。

图2 组合喷锚网安装图Fig．2 Installation graph of combined bolting and shotcrete net

方案二：出矿穿脉和装矿进路承担采场出矿的任务，受到深孔爆破振动和出矿破坏较大，采用素喷封闭＋组合喷锚网＋钢筋混凝土支护方案（见图3）。在巷道施工完成后及时进行素喷混凝土凝固支护，采用浅孔钻机按1m×1m的网度打锚杆孔施工钻孔，用2m×2m网度的管缝式锚杆将金属网和钢筋拱架固定至岩面，按2m×2m网度安装水泥卷或砂浆锚杆，待水泥卷养护24h后将螺母拧紧，再进行喷射混凝土支护，支护厚度50mm。最后架模板浇注C20钢筋混凝土，支护厚度200mm。

图3 素喷封闭＋组合喷锚网＋钢筋混凝土支护图Fig．3 Supporting graph of plain concrete spray closed，combined bolting and shotcrete net and reinforced concrete

2．2 方案技术特点

1）及时支护

巷道施工完成后采用喷射混凝土对巷道进行快速支护，喷射混凝土对围岩节理、裂隙起充填作用，将不连续的岩层层面胶结起来，并产生楔效应而增加岩块间的摩擦系数，防止岩块沿软弱面滑移，促使表面岩块稳定。喷射混凝土能使巷道周边围岩尽早封闭，防止围岩进一步风化［6］。

2）组合锚网技术

管缝式锚杆和水泥卷锚杆组合使用，管缝式锚杆能够很快见效，对岩层表面的加固能力强，水泥砂浆锚杆能够在破坏区内形成次生承载层，同时和钢筋拱架连成整体形成组合梁，提高围岩的整体强度。一方面不让围岩松动，以保持围岩的自承力；另一方面允许围岩有一定程度的塑性变形，使围岩自承力得以最大程度的发挥［7］。

3）多层支护技术

多层支护能充分发挥材料承载力的效用，喷层柔性大且能够与围岩紧密粘结，因此主要是受压或剪切破坏，它比传统支护更能发挥混凝土的承载能力［8］。

3 现场工业试验

3．1 试验地点

2011年3月开始在230、232等穿脉采用方案一进行施工，在出矿进路采用方案二进行施工，2011年6月支护完成后229、231采场开始出矿。

3．2 支护成本

根据矿山提供的材料价格和消耗量计算每米支护的成本见表1、表2。

表1 素喷封闭＋喷锚网支护材料成本表Table 1 Supporting materials cost of plain concrete spray closed，sparging and anchoring net

表2 素喷封闭＋喷锚网＋钢筋混凝土组合支护材料成本表Table 2 Combined supporting materials cost of plain concrete spray closed，sparging and anchoring net and reinforced concrete

根据上表所列数据，图拉尔根铜镍矿目前矿山支护成本分别为2 111．7元/m和5 723．5元/m，表中价格包含人工费用。

3．3 支护效果

在各个采用不同支护方案支护的巷道内采用顶板离层监测仪和收敛变形监测仪进行为期30d的监测，得到管缝式喷锚网支护技术与两种复合支护技术在巷道顶板下沉、两帮收缩及底鼓的变形最大值数据，见表3。

表3 支护效果对比Table 3 Comparison of supporting effects

图4 支护效果图Fig．4 Supporting effect graphs

2011年3月复合支护技术开始在1 250m中段节理、裂隙发育的地段应用以来，支护效果十分明显（见图4），与管缝式锚杆喷锚网支护比较，支护强度有了更大的提高，230、232等穿脉及出矿进路在采场出矿的过程中没有出现过垮塌现象，各个出矿巷道均能正常出矿，井下矿石回收率提高3%～5%，按照矿山目前60万t/a的生产能力计算，可以多出矿近2万t矿石，经济效益明显。

4 结论

1）复合支护技术适用于矿岩条件破碎至较破碎的各类岩体，根据巷道的功能和受到深孔爆破振动和出矿破坏程度的大小，针对性的选用支护方案，使巷道稳固性大大提高的同时降低支护成本。

2）复合支护技术在图拉尔根铜镍矿广泛应用，解决了软弱岩石条件下堑沟底部结构的支护问题，为矿山实现安全高效开采提供了有力的保障。

3）该支护技术的施工工艺简单，人工操作方便，提高了矿石的回收率，使矿产资源得到充分利用，延长了矿山的服务年限，取得了良好的经济效益。

［1］于峰，张平发，苏金财．白音诺尔铅锌矿采场底部结构的设计［J］．有色矿山，2002（4）：11－13．

［2］杨承祥．深井金属矿床高效开采及地压监控技术研究［D］．长沙：中南大学，2007：1－24．

［3］孟稳权．冬瓜山铜矿阶段空场嗣后充填采矿法的底部结构选择及优化［J］．矿冶，2004，13（4）：4－7．

［4］夏倩．安庆铜矿大直径深孔采矿采场底部结构的评价［J］．有色金属（矿山部分），2000，52（2）：19－22．

［5］李强．低品位厚大铜镍矿体高效开采综合技术试验研究［D］．长沙：中南大学，2012：68－72．

［6］汪洋，孟艳平．软弱破碎矿体开采的复合支护技术［J］．采矿技术，2012（6）：29－30．

［7］徐升．地下洞室支护理论初探［J］．四川水力发电，2011，30（2）：3－7．

［8］王宁，韩志型．金川贫矿区自然崩落法采场底部结构的稳定性［J］．有色金属，2004，56（3）：79－82．

Composite supporting technology of trench bottom structure

LI Qiang1，2，LI Mingyu3，LI Xiangdong1，2
（1．Changsha Institute of Mining Research Co．，Ltd．，Changsha 410012，China；2．National Engineering Research Center for Metal，Changsha 410012，China；3．Hami Hexin Mineral Co．，Ltd．，Hami Xinjiang 839099，China）

The supporting method and effect of stope bottom structure is experimented and studied under the condition of soft and broken rocks in Tulargen Cu－Ni Mine．Based on the principle of modern supporting structure，the composite supporting technology scheme is put forward according to the ore－rock and practical conditions．Depend on the functions of roadway and its damage degree affected by the deep hole blasting，the targeted supporting method is selected．Through composite supporting technology to maximize self－bearing capability of surrounding rock，which can keep the stability of bottom structure under the action of supporting system and surrounding rocks．This kind of supporting technology can greatly increase the stability of roadway and reduced the supporting cost，which provided a strong guarantee for the mine’s safe and high efficient mining and given some technical references for the formation and supporting method of trench bottom structure in similar mines．

soft strata；trench bottom structure；composite support of sparging and anchoring net；bolt supporting theory

TD352；TD353

Α

1671－4172（2015）04－0072－03

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．016

李强（1981－），男，采矿工程师，主要从事高效采矿技术研究。