浅析锚喷网联合支护在矿山巷道中的应用

韩喜斌

(甘肃省核地质二一二大队核工业武威工程勘察院，甘肃武威733000)

1 概述

甘肃省嘉峪关市某矿山，平均海拔2800m，高寒缺氧，环境恶劣，工作区地形高陡、气候寒冷、空气相对稀薄，植被稀疏，自然地质环境十分恶劣。因常年风化，矿物运输巷道出露基岩局部地段有掉石现象，根据现场踏勘和地质情况结合，采用锚喷网联合支护对破碎区域进行加固处理，根据后期现场运行监测，处理效果良好。

2 地质概况

根据现场踏勘及勘察报告显示，本矿区为千枚岩，主要以钙质千枚岩为主，呈灰绿—暗绿—黑灰色，岩石成分主要由石英、绿泥石、绢云母、方解石及少量的碳酸盐矿物等组成，局部夹透镜状大理岩和石英岩，分布较广，抗风化能力差，围岩为Ⅳ类，软岩，较破碎。

3 运输巷道特征说明

该矿山巷道宽5m，在硐口至岔道方向：163~175m、190~220m、230~260m、290~300m，岔道至2#溜井方向：460~470m，1#溜井至岔道方向：160~140m、130~120m、90~70m、20~15m处千枚岩成碎块状，有长期有掉石现象，根据设计方案采用锚喷网联合支护（即锚杆+金属网+喷射混凝土）。

4 巷道设计参数

锚杆采用粘结型端头锚杆，锚杆长度4m，直径Ø14mm的HRB400螺纹钢筋，锚杆孔径50mm，锚固剂使用RH-2000型树脂锚固剂，抗拉强度大于60MPa,选用树脂锚固剂是因为比水泥锚固剂凝结速度快，施工效率高，安全性好。且树脂锚固剂施工不受人力影响，安装时，只要采用机械搅拌，搅拌时间符合规范，锚杆的安装质量是可靠的，而水泥锚固剂的亲水时间难以控制，质量不易保证，且价格优于水泥锚固剂[1]。

金属网采用Ø4mm镀锌铁丝编制的200mm×200mm的菱形网。喷射混凝土使用硅酸盐水泥，强度为42.5级，砂为中砂，石头为粒径不超过12mm的河卵石，顶拱厚度10~15cm，两边墙厚度20~25cm,由于顶部喷浆难度大，厚度太大容易掉落，所以要比两边墙稍微薄些。巷道设计图如图1所示。

图1 道设计剖面图（单位：m）

5 锚喷网联合支护的技术要求

众所周知，矿山巷道锚喷网联合支护施工难度大，技术要求高，尤其是高海拔地区不可预测因素多，昼夜温差大，对于混凝土施工更是一种考验，要结合矿山生产，使得施工周期难以保证。

（1）因巷道建成年代已旧，且在第一次开挖挖成后未进行初次支护，处于基岩外露状态，未及时围岩封闭，围岩初始应力破坏严重，巷道开挖形成坑洼面大而且多，铺网难度较大，所以应先对巷道施工面清理，并用高压空气清理和高压水清洗，在对施工面使用水泥砂浆喷射填平处理，等水泥砂浆达到一定强度后在施工锚杆、挂网和喷射混凝土。

（2）锚杆为自制锚杆，Ø14mm的HRB400螺纹钢筋，主要由锚杆杆体，锚固头、托板等组成，该巷道围岩为Ⅳ类软岩，较破碎，粘结型端头锚杆适用效果较好，质量有保证，且锚固剂粘度低，锚杆能快速穿过锚固剂，只需等待10~15s即可。根据多地区施工经验，粘结型端头锚杆在矿山软岩巷道施工优于其他类型。由于锚杆受长期的围岩的变形挤压，使得锚杆与围岩的接触更加紧密，摩擦力也有所增大，锚杆的整体受力逐步提高，整个锚固效果更好。

（3）树脂锚杆的锚固力总是大于杆体强度极限值，设计不同的锚固长度均能达到可靠的锚固效果，大量锚固力检测结果，都是杆体延伸或螺纹拉断，锚头不动或有很少位移，实践证明锚固可靠性极高[1]。树脂锚杆适用范围广，对各类岩石和锚杆都适用，安全可靠，操作也简便快速，价格合理，质量有保障。

（4）本工程使用菱形网，网格尺寸较小，与锚杆结合拦截分化碎石，防止岩块和碎石掉落，对下部行人和生产起保护作用，因为菱形网强度较高，便于连接，施工方便，与混凝土能更好的联结，致使外面喷射混凝土的极限荷载有所增加，也增加了外层喷射混凝土的强度和稳定性，便于加工和运输，成本比钢筋网低，便于弯曲，易与巷道的现有形状紧密结合。与锚杆配合能抵抗一定的围岩压力。菱形镀锌铁丝网选择从顶部向两侧安装，有利于顶部网的平整和施工。使刚性混凝土面变为柔性机构。

（5）喷射混凝土比例为1∶2∶2，使用潮式喷射法，因为潮式喷射法对空气污染小，适合巷道这种空气流通差、空间小的区域，操作简单，上手容易，以压缩空气为动力，在喷嘴处混合料与高压水结合喷射到巷道面，在混凝料里加入适量的速凝剂，这种喷射法回弹量和粉尘都小，符合绿色施工要求。喷射作业应分段分片进行，喷射顺序应从下而上，喷射面应预先湿润，清除松石、浮渣和尘埃，对空洞、凹穴，较宽裂隙喷射混凝土填充，喷嘴与被喷面的距离要保持在1.5m左右[2]。

潮式喷射法比起常用的干式喷射法，在经济性和环保性上都有优越性，减少整个施工造价，对施工人员的保护性也好，且现场空压机供风量也充足方便，能做到随时施工随时使用，在工期的保证上也能起到关键作用。跟湿式喷射法比较，即能降低造价，又能保证拌合材料的运输距离。

喷射混凝土的作用就是与破碎围岩紧密结合，在破碎区及时喷射施工，将破碎围岩加以封闭，阻止空气、雨水等对岩体的不利影响，对围岩强度的下降起重要作用，达到间接提高围岩强度的目的。喷射混凝土还能填平围岩表面的坑洼面，形成一个易于施工的光滑曲面，减弱围岩表面因坑洼引起的应力集中现象，防止因应力集中造成的围岩破坏。

（6）软岩锚杆支护，锚杆形成的锚固层组合拱是支护的主要承载结构，也在矿山巷道的支护中起主导作用，喷层和金属网的作用是维护该组合拱的存在，防止它因岩块冒落而失效。对于锚杆间松弛区的岩石，必须使用喷层和金属网予以支护，软岩巷道围岩变形量大，脆性的喷层很快会开裂破坏，金属网的铺设，不仅可以防护锚杆间的碎石，提高喷层的抗变形能力，而且又将多个单个的锚杆连接成一个整体的锚杆群，增强了锚杆支护的整体稳定性，同时也使锚杆间松弛的围岩部分进入支护状态[1]。

（7）锚杆托板采用钢板托板，规格为200mm×200mm×10mm,托板作为锚杆体系的重要部件，要与整个锚杆的受力状态相匹配，才能保证整个锚杆的稳定性。

（8）巷道锚杆群、混凝土喷面和菱形铁丝网组成一个整体，形成一个自承拱。整个工程要防止局部锚杆的破坏，因为随碎石块的掉落，锚杆的局部破坏失稳，锚固力遭到破碎，引起整个锚固体面的破坏失效。

（9）围岩变形是围岩力学形态变化最直接体现。它不仅直接反映了地压规律，而且也是松软岩层用来分析判断围岩稳定程度的可靠手段。因此，进行现场变形量测，掌握围岩变形活动状态和时间效应，并在此基础上，选择支护结构和参数，妥善安排掘进和支护工艺过程，以确保支护体系和支护特性曲线和围岩变形活动状态相适应、相匹配，以最大限度发挥围岩自承能力和支护体系支撑能力，这是搞好维护的关键。松软岩层变形具有时间效应长的特点，所以坚持长期监控，对于及时了解围岩稳定信息及采取相应的加固措施具有重要意义[1]。

6 施工中需注意的问题

（1）根据围岩等级和现场地质情况，选择锚杆类型和参数；

（2）根据勘察报告中岩石的分化破碎情况，确定金属网的类型和尺寸；

（3）确定喷射混凝土的厚度和每层的喷射间隔时间；

（4）选择合适的喷射方法，注意喷嘴与巷道面的角度和距离；

（5）选择施工工艺时，要尽量避免对围岩初始应力的影响，降低施工震动，减少外露基岩，防止分化；

（6）锚喷结构、设计参数、施工工艺要紧密围绕现场围岩的变形状态选择；

（7）对于自拌喷射料的加水量要合适，常规用手捏成团落地开花的方式做判断；

（8）喷射混凝土要具有良好的物理力学性能，粘贴、早强等要符合要求，速凝剂的量要合适，就要减少回弹量，又要能够迅速凝固，达到早期强度，防止二次脱落。

7 结束语

该工程完成后，经过现场检测和多年的监测，达到了预期处理的目的，不但加固了分化碎石的掉落现象，而且保证了矿山巷道的安全运输。

对于矿山的安全生产不容忽视，不管是生产安全还是生活安全都是我们最关心的，随着科学技术的进步，应该做好提前防御，加强管理，紧密合作，科学指导。让优质工程的作用发挥在矿山安全生产的每一个环节中。

经过工程实践证明，喷锚网联合支护体系对矿山巷道破碎围岩的维护有较好的经济和适用性。要时刻树立综合治理，联合支护，永久监测的思想。