破碎巷道锚网喷支护技术研究
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作者:陈明
摘 要：破碎岩体巷道的支护质量如何，能够对矿山安全和支护成本产生直接影响，这也成为了如今有关部门所主要研究的课题。本文以某铅锌矿为主要研究对象，以破裂区理论和塑形区理论为指导，深入对巷道围岩破碎岩体变形进行了分析。并在此基础上，结合松动圈理论提出了锚杆、金属网和喷射混凝土相组合的支护方法，同时还利用长锚索补强，形成了短锚成拱、长锚悬吊的支护特点。此外，笔者还运用专业数值软件对不同锚杆间排距条件下的支护情况进行了具体分析，通过调查研究结果可以发现，0.7 m×0.8 m的锚杆支护间排距可以有效使塑性区和变形量减少，并还可以大幅度缩减自穩时间，效果显著。
关键词：破碎巷道 支护技术 数值模拟 工程应用
中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（c）-0036-02
近些年来，地下巷道的开挖深度越来越大，大变形破碎岩体工程也应用的更加广泛，但因为破碎岩体本身带有节理裂隙等特质，再加上水、夹层泥等客观因素的影响，岩体很容易出现变形，严重的还会造成支护功能损坏、巷道稳定性变差等问题，致使后期维护成本的进一步加大。面对这种情况，要想从根本上保证巷道和矿山的安全和稳定，促使维护成本的有效降低，进行支护技术的创新和改良是很有必要的。
1 工程概况
本文所主要研究的铅锌矿地处甘肃省南部陇南地区，该矿开采近30余年，多中段采空区重叠，局部地应力大，出现了裂隙现象。矿体和周围岩石极大的受地应力和地下水腐蚀的影响，当中还夹杂着大量的泥质填充物，这种填充物一旦遇到水就会变软且很容易发生膨胀。在针对这部分区域进行巷道的开挖工作时，受地下水的影响，岩石只能实现短时间的自稳，要是不做好相关的支护工作，巷道随时都有可能出现变形，甚至坍塌。再加上不少施工单位在此地进行过不同程度的爆炸作业，造成岩体裂隙更为严重，其本身的坚硬程度也会受到极大的影响，这对矿山支护工作来说，是一项不小的挑战。当前该矿山的破碎岩体巷道中的支护方法主要采用的是2m长的管缝式锚杆+钢筋网+喷混凝土，但变形、轻微塌陷的现象依然存在。
2 松动圈现场实测
2.1 破裂区测量
笔者测量巷道围岩松动圈所使用的设备是JL-IUCA6（A）基桩多孔自动超声仪，以2580分段的CM24和CM16两条进路内来布置测孔，倾斜角度为-5°，孔的深度大约为5m，彼此间距约为1.7m。
2.2 结果分析
在测量结束后，笔者将测量结果制成了相关的波速变化曲线，通过认真仔细的分析可以得出，在这两条进路巷道的围岩当中，测孔深度越深，围岩超声波波速都有着的“不变——降低——增大——不变”的变化走向，这种迹象表明巷道围岩当中是有松动圈存在的。
在深度超过2.4m的区域内，围岩波速大概在每秒3000～3400m左右，这表明该处的围岩相对完整，而在1.8～2.4m的深度范围内，波速则出现了严重下降，这说明此处的围岩出现了不够完整，出现了破坏的现象。所以，从相关曲线结果中可得出初步结论：松动圈的厚度大概为1.8m，这和松动圈的普遍值基本一致。
结合松动圈支护理论不难发现，该矿山松动圈属于大松动圈，围岩结构不稳定，针对其围岩的结构特点，通常采用锚杆+锚索+钢筋网+喷射混凝土的支护方法较为合适。
3 支护参数选择及施工
3.1 支护方案选择
通过对当地在应对大变形破碎巷道支护所积累的经验和成果分析，我们得出了有关围岩支护方法的初步方案。现已知其松动圈的半径长度为1.8m，但矿山常用的管缝式锚杆的有效使用长度基本也是1.8m，如果使用这种锚杆，那么破碎岩体是很难被固定住的，所以应该采用有效使用长度更长的锚杆。锚杆群和钢筋网组合使用，能够把破裂区的岩石有效固定，形成组合拱，而长锚索则可以将组合拱固定在岩层深处。通过这种方法，能在控制破碎岩体的小幅度移动方面起到很关键的作用，从而进一步克服巷道支护的挑战。
3.2 支护参数设计及施工
相关参数和具体设计方案：
（1）选用锚杆时，推荐使用25Mn螺纹钢树脂锚杆，直径为18mm，长度为2200mm，锚杆间的距离为0.7m×0.8m，15根为一排。
（2）选用锚索时，应该选用直径为17.8mm，长度为6.5m的锚索，间距控制在1.5～2m范围内，5根为一排。
（3）选用钢筋网时，最好选用6mm圆钢点焊成的、规格为1300mm×9000mm的网片，孔洞的大小为100mm×100mm，推荐使用蝶形托班，规格为120mm×120mm×6mm。
（4）关于喷射混凝土方面，在开挖作业结束后，要马上先行喷30mm厚的混凝土，之后设置挂网和树脂锚杆，再喷40mm的混凝土，最后再喷30mm混凝土，使其尽可能达到永久支护的效果。
4 数值模拟验算
4.1 模型构建
笔者采用FLAC3D软件进行了支护参数方面的分析，以摩尔-库伦模型为基础，构建了20m×10m×20m的集合模型，巷道则采用了3.8 m×（1.9+1.7）m的半圆 拱形断面。
4.2 模型开挖 笔者主要通过对3种不同方法进行了巷道开挖后的变形对比，目的主要是为了测试在不同锚杆支护间距情况下，支护情况和效果会出现哪些不同。
方法一，只开挖巷道;方法二，采用间距为1m×1.2m的锚杆进行支护，并配合喷射混凝土的使用;方法三，选用间距为0.7m×0.8m的锚杆支护，同样配合喷射混凝土的使用。
4.3 结果分析
通过前面的支护方法对上述3种方法进行塑性区分析，并对这些方法下的巷道拱顶垂直方向、右拱肩水平方向以及拱底垂直方向的变化情况进行了测量，确保支护方法的科学性和合理性。
（1）通过对1m×1.2m间距的分析可以发现，0.7m×0.8m间距的锚杆支护塑性区较小，这表明较小的支护间距能够对破碎岩体的塑形性有更好的效果。
（2）上述3种方法条件下的巷道拱顶、拱底乃至拱肩位置都出现了变形现象，而且时间越长，变形程度越大，最后慢慢走向自稳。在这3种方法中，拱顶和拱底的自稳时间大概为25d，这说明支护间距的变化对拱顶和拱底的自稳时间所造成的影响不大，但右拱肩的自稳时间则从20d缩短到了10d，收敛值也由3.4cm减小到了1.5cm，这充分表明支护工作不光有效缩短了巷道的自稳时间，也极大的使巷道的收敛值得到减小。
5 结语
本文首先通过一系列计算，得出了破裂区和塑性区的基本数值，同时也计算出了松动圈的数值范围，这和理论值基本一致，由此得出了巷道围岩是大松动圈的结论，同时笔者还发现文中矿山原本选用的管缝式锚杆并不能起到应有的效果，所以提出了长锚索和高强度树脂锚杆结合支护的方法。与此同时，笔者又发现，使用锚杆+锚索的支护方法不光能极大的控制巷道围岩的变形程度，还能有效缩短其自稳时间，并通过和多种支护方法的对比，再次验证了原有设计方法的科学性和合理性，从而有效应对巷道支护工作所存在的问题，真正实现支护工作的进一步成功，希望这能为我国的巷道支护工作，起到一定的促进作用。
参考文献
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