趙海洋

摘要：針對軟弱破碎巖體，目前已形成了多種支護施工工藝，極大地保證了巷道掘進及使用過程中的安全。由于甲瑪銅多金屬礦特有的地質成礦類型，在巷道掘進施工中存在大量不良工程地質體，給地下工程的安全施工與使用造成了極大的困難。在對甲瑪銅多金屬礦區(qū)軟弱破碎巖體工程地質進行充分研究的基礎上，提出了中深孔注漿、小導管注漿、超前小管棚等裂隙巖體加固方式，并最終形成了復合型巷道支護技術，成功應用在甲瑪銅多金屬礦開拓工程支護過程中，取得了良好的工程效果。

關鍵詞：溶蝕密集;軟弱破碎巖體;復合型支護技術;巷道掘進;注漿;管棚支護

中圖分類號：TD353文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）07-0050-04doi：10.11792/hj20210710

引 言

西藏華泰龍礦業(yè)開發(fā)有限公司主要開發(fā)建設甲瑪銅多金屬礦（下稱“甲瑪銅多金屬礦”）采選技術改造工程項目。甲瑪銅多金屬礦位于西藏自治區(qū)拉薩市墨竹工卡縣甲瑪鄉(xiāng)境內，海拔4 000～5 407 m，礦權面積144 km2。甲瑪銅多金屬礦區(qū)受高寒高海拔等客觀條件的制約，礦巖節(jié)理裂隙相對比較發(fā)育，尤其發(fā)育由溶蝕裂隙填充碎石土形成的破碎松散巖體及以溶蝕流沙層為代表的軟弱破碎巖體，該種巖體支護難度大，支護成本較高。礦山針對該種軟弱破碎巖體采取了部分支護措施，但這些措施表現(xiàn)出過度支護費用高、支護不當致井巷垮塌及支護不系統(tǒng)、針對性不強等突出問題，給礦山安全生產和經營造成巨大壓力。

以軟弱破碎巖體比較集中的甲瑪銅多金屬礦二期工程采礦一、二、三標段及4 400 m中段開拓采準巷道為研究對象，針對軟弱破碎巖體的軟弱、破碎、松散等特點，基于井巷穩(wěn)定性研究結果，總結出適應于不同分類軟弱破碎巖體的穩(wěn)定性控制對策和支護方案方法。

基于軟弱破碎巖體現(xiàn)場調查分析、三維巖體質量分區(qū)分類、穩(wěn)定性對比研究和工業(yè)試驗的綜合研究，建立形成基于多因素影響評價所對應的支護方式選擇的完善、簡潔、科學、合理的支護體系，實現(xiàn)支護結構與圍巖相互作用達到最優(yōu)的耦合支護效果[1]，形成高效的科學支護體系，在巷道支護方面為礦山降本增效提供有力的技術支持和保障。

1 工程概況

甲瑪銅多金屬礦二期工程總規(guī)模為1 650萬t/a（50 000 t/d），目前基建工程已全部施工完成。二期工程采用露天—地下聯(lián)合開采。其中，露天開采位于礦床上部的角巖型、矽卡巖型礦體，地下開采露天開采范圍外的矽卡巖型礦體。地下開采采用平硐—膠帶斜井+輔助斜坡道+輔助提升豎井開拓方式，劃分為南、北2個采區(qū)開采。前期開采北區(qū)，生產規(guī)模為540萬t/a。后期南、北2個采區(qū)聯(lián)合開采，生產規(guī)模為660萬t/a。采礦工藝前期以空場嗣后充填、兩步驟充填為主，后期以空場采礦法、崩落采礦法為主。

目前，二期工程地下開采基建工程已基本施工完成，實際揭露礦巖條件較原始地質條件差，基建中段存在大面積氧化破碎帶，氧化破碎帶礦量占比36 %。由于甲瑪銅多金屬礦復雜的成礦類型，地質構造較為發(fā)育，存在大量巖溶裂隙、斷層破碎帶、巖石崩塌等不良工程地質體，給地下工程的安全施工和使用造成了極大的困難。

甲瑪銅多金屬礦井巷圍巖以大理巖、角巖、灰?guī)r、矽卡巖及大理巖化矽卡巖為主。圍巖主要為堅硬—較堅硬Ⅲ類，工程性質較好，但局部區(qū)域受溶蝕裂隙、風化等影響，巖體破碎、質量差。甲瑪銅多金屬礦二期工程地下開采范圍內二、三標段普遍分布有破碎氧化帶，該氧化帶中Cu品位較高，約1 %，伴生Au、Ag及Mo等金屬，呈現(xiàn)品位高、氧化率高、節(jié)理裂隙發(fā)育、水文地質簡單等典型特征，對掘進與采礦等作業(yè)均具有很大影響。甲瑪銅多金屬礦典型巖體角巖近地表裂隙率1.73 %，鉆孔裂隙率0.01 %～3.78 %，裂隙率具較高水平。礦區(qū)一般近地表裂隙比較發(fā)育，而深部裂隙不發(fā)育，這是巖石在地表及近地表受風化和巖層發(fā)生褶皺所致。甲瑪銅多金屬礦床受控于甲瑪—卡軍果推覆構造系與銅山滑覆構造，造成二期工程開采區(qū)域分布不同規(guī)模的破碎帶，嚴重影響區(qū)域巷道的穩(wěn)定性。甲瑪銅多金屬礦床工程地質類型屬以平硐冒頂、坍塌為主要工程地質問題的礦床。工程地質勘探類型屬第三—四類，工程地質復雜程度屬中等型。礦床水文地質類型屬半干旱區(qū)巖溶充水礦床類，溶蝕裂隙充水礦床亞類，底板直接充水礦床;水文地質勘探類型劃分為第二型，水文地質條件中等。

2021年第7期/第42卷? 采礦工程采礦工程? 黃 金

2 裂隙破碎帶圍巖加固技術

為克服不良地質條件下因開挖而引起的大變形，防止圍巖因過度變形而產生坍塌[2]，發(fā)生塌方事故，需加固圍巖或阻止圍巖變形。依據(jù)RMR巖體質量評價指標，根據(jù)甲瑪銅多金屬礦的三維巖體質量評價結果，大部分巖體為Ⅱ、Ⅲ級，巖體質量相對較好，以節(jié)理化的灰?guī)r、大理巖和矽卡巖為主，且節(jié)理的產狀以與巷道走向大角度交叉為主，有利于巷道穩(wěn)定。Ⅳ、Ⅴ級巖體以大理巖化矽卡巖為主，在礦區(qū)分布較少，出現(xiàn)時往往伴隨掌子面潮濕、滲水現(xiàn)象，也是典型的溶蝕裂隙巖體特征。對于該類巖體根據(jù)圍巖的松散程度判定支護方式，不論永久巷道或臨時性巷道，對于能夠提供錨固力的巖體建議以錨網噴聯(lián)合支護為主;對于巖體較為松散、巖塊之間鑲嵌砂質類型，必須盡早進行鋼拱架支護，并考慮是否輔以超前管棚支護，防止出現(xiàn)大面積的冒頂事件。

1）對于二期工程采礦范圍內的主要巖體進行了巖體等級劃分，針對每種類型巖體等級確定了支護方式和類別，并制定了包括錨網噴聯(lián)合支護系列、鋼拱架支護系列、帷幕注漿支護系列和噴射混凝土支護系列等的支護體系，以及在此基礎上根據(jù)不同復雜條件進行各類支護類型組合，確定了具體的支護參數(shù)、支護施工工藝。

對于錨網噴聯(lián)合支護類型，錨桿長度不應低于巷道寬度的一半，即不應低于2 100 mm，錨桿間排距不應大于1.0 m，根據(jù)巷道不同使用功能，選擇性使用端錨型錨桿和全長錨固型錨桿。14#鋼拱架強度滿足二期工程采礦范圍內巖體被動支護要求。通過加強相鄰鋼拱架之間的連接筋方式和在鋼拱架背后及時敷設珍珠巖，提高鋼拱架支護的整體性。

2）針對巷道不同的掘進技術條件，采用不同的支護方式。其中，在裂隙破碎且含水不大的巖體中掘進施工，一般情況下使用小管棚超前支護方法，必要時管棚鋼管內加筋、增加網噴初期支護，形成以小管棚超前支護為基礎的圍巖組合加固法[3]。在含水較大、溶蝕強烈的地段使用小導管注漿加固法。中深孔注漿法主要用于井巷穿過溶洞、塌方、泥石流等極為特殊的弱地質段的掘進施工。

3）對于圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育、圍巖破碎、冒落堆體中塊度級配較差（既有巨塊又有粉末泥砂）、裂隙分布無規(guī)律可循（既有大通道又有小通道）、冒落區(qū)周圍巖層有一定程度松動、裂隙連通性好、冒頂嚴重（冒頂高度不小于5 m）的區(qū)域，繼續(xù)出渣會導致更嚴重的冒頂事故。因此，有針對性地提出了以超前小管棚與鋼拱架支護為基礎，聯(lián)合網噴、鋼筋混凝土加底梁的復合型巷道支護結構方案[4]。復合型巷道支護結構能做到“剛柔相濟，先柔后剛，先讓后抗，柔讓適度，穩(wěn)定支護”，符合現(xiàn)代支護原理的要求。小管棚、鋼拱架、網噴是具有一定柔性的支架，放壓到一定程度，待圍巖變形趨于穩(wěn)定時，即采用高強度鋼筋混凝土砌筑永久性支架[5]，作為復合支護理論先柔后剛的剛性支護形式，可靠地限制圍巖向空中位移。軟弱破碎巖層中復合型巷道支護結構方案見圖1。

3 復合型巷道支護技術工程應用

3.1 工程背景

甲瑪銅多金屬礦北區(qū)開拓工程角巖露天膠帶斜井標段，工程地質情況復雜，在施工過程中遇到諸多難以預測的問題和狀況（見圖2、圖3），使施工難度增大，支護成本急劇增加，并且對整個工程的施工安全帶來了極大威脅。

3.2 支護方案

軟弱破碎巖體支護技術嚴格遵守“短進尺、弱爆破、強支護、早成環(huán)、勤量測”的原則，采取人工為主、設備為輔的施工措施，能夠很好地控制軟弱破碎巖體的應力重新分布，大大減少了施工過程中的危險因素。

首先，應切實保證小管棚和鋼拱架超前支護，以及初期支護的網噴質量，或在局部薄弱環(huán)節(jié)，增加錨桿支護，以增強圍巖表面約束能力，限制破碎區(qū)向巷道空間發(fā)展。然后，適時進行二次支護，如適當增加混凝土厚度或增加布筋密度等，以保證初期支護具有一定的柔性，在巷道不失穩(wěn)的前提下，允許圍巖有較大的變形，讓其充分地釋放能量。同時，支護體后期要有足夠的強度和剛度來有效控制圍巖與支護的過量變形。

因此，針對甲瑪銅多金屬礦北區(qū)軟弱破碎巖體采取的支護方案為：一是實現(xiàn)裂隙破碎軟巖巷道的復合型支護，限制圍巖有害變形的發(fā)展，改善圍巖的受力狀態(tài)，增加圍巖自承圈厚度;二是改變支護結構，在巷道兩底腳增設底梁，形成完整的、封閉的支護整體。為了降低爆破地震效應，掘進過程中采用光面爆破、微差爆破等控制爆破技術，有效地降低了爆破對圍巖的擾動。支護參數(shù)為：

1）管棚沿拱頂外沿布置，間距1.0 m，前后搭接0.5 m。管棚長度2.0～2.5 m，直徑40 mm，沿拱頂周圍外插角10°。管身注漿孔直徑6 mm，間距0.3 m，沿管身交錯布置。管頭捏成扁形，便于插入和阻止該處大量跑漿。通過此段冒頂區(qū)后，管棚恢復到長4.0 m、間距0.3 m。

2）水泥采用強度等級42.5的普通硅酸鹽水泥，采用40°Bé、模數(shù)3.0的水玻璃。水泥漿、水灰質量比控制在1∶1，水玻璃與水泥漿體積比控制在0.4∶1。該種雙液漿的凝結時間60～70 s。

3）鋼拱架間距0.5 m，型號18，鋼拱架兩側采用25 mm螺紋鋼錨桿固定，錨桿長2.5 m，兩側均需3根錨桿，固幫錨桿間距1.0 m。鋼拱架之間采用22 mm螺紋鋼作為連接筋，以間距0.6～0.8 m沿鋼拱架背部布置，為了提高整體性，可使用三角形搭接方式。采用6 mm鋼筋制作網孔10 cm×10 cm的鋼筋網片，鋪在連接筋外側。網片之間采用鉛絲綁扎。噴射C20混凝土，噴射厚度20 mm。

4）澆筑C30混凝土，澆筑厚度40 mm。

3.3 支護效果

通過創(chuàng)新性采用小進尺光面爆破掘進聯(lián)合多次、多方法的塌方段復合型支護施工工藝技術，成功克服了高原溶蝕裂隙巖層大斷面井巷掘進中松散砂礫土巖層松軟、涌水量大、泥石流突發(fā)及高原缺氧等一系列難題和挑戰(zhàn)。目前，露天膠帶斜井施工已經順利通過松散砂礫土夾石富含地下水破碎層，取得了良好的效果。角巖露天礦膠帶斜井掘進中應用以超前小管棚配合鋼拱架支護為主要方法，同時配套網噴初期支護的軟巖加固技術，成巷成本節(jié)省9 041.1元/m，取得了顯著的經濟效益。巷道支護效果見圖4。

4 結 論

1）開展高原礦山軟弱破碎巖體中井巷支護技術研究是一項具有開創(chuàng)性的工作，其取得的經驗和成果可以為高原地帶軟弱破碎巖體井巷工程的設計和施工提供借鑒。

2）在對甲瑪銅多金屬礦區(qū)軟弱破碎巖體工程地質進行充分研究的基礎上，提出了中深孔注漿、小導管注漿、超前小管棚等組成的裂隙破碎井巷復合型支護技術，為甲瑪銅多金屬礦區(qū)的建設和發(fā)展提供了必要的技術支持。

[參 考 文 獻]

[1] 周偉.掘進巷道關鍵部位二次組合支護技術的應用[J].山東煤炭科技，2018（5）：65-66，69.

[2] 黃慶享，郭強，曹健，等.軟巖大變形巷道破壞機理與支護技術[J].西安科技大學學報，2019，39（6）：934-941.

[3] 朱閣，張志成，李平虎，等.高應力-節(jié)理化復合軟巖巷道地質特征及支護技術[J].煤炭科學技術，2015，43（9）：18-23.

[4] 李東雷.復合型軟巖巷道支護技術研究[J].煤炭與化工，2014，37（8）：4-6.

[5] 常建波，張五一，胡長江，等.復合型棚式錨噴注聯(lián)合支護技術實踐[J].中國礦山工程，2013，42（4）：37-39，58.

Application of composite support technology in excavation

of vulnerable and broken rock mass in Jiama Copper Polymetallic Mine

Zhao Haiyang

（Tibet Huatailong Mining Development Co.，Ltd.）

Abstract：For the vulnerable and broken rock mass，a variety of support construction techniques have been formed，greatly ensuring the safety of roadway excavation and use.Due to the unique geological and metallogenic type in Jiama Copper Polymetallic Mine，there are a large number of unfavorable engineering geological bodies in the roadway excavation construction，which has caused great difficulties in the safe construction and use of underground engineering.Based on the thorough study of the engineering geology of vulnerable and broken rock mass in Jiama Copper Polymetallic Mine，this paper puts forward the reinforcement methods of fractured rock mass，such as medium-long hole grouting，small pipe grouting，advanced small pipe shed，etc.，and finally forms the composite roadway support structure，which has been successfully applied in the development and support process of Jiama Copper Polymetallic Mine and has achieved good engineering effect.

Keywords：corrosion-intensive;vulnerable and broken rock mass;composite support technology;roadway excavation;grouting;pipe shed support