穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法

2045 编辑：中冶有色技术网来源：西北矿冶研究院

2022-02-10 13:44:16

权利要求

1.穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1）、巷道开挖前先采用双层超前锚杆进行超前支护；

步骤2）、巷道开挖：超前支护后开挖巷道，巷道断面包括底板以上拱架部分掘断面和底板以下底拱（3），采用人工全断面一次向前开挖2-4m；

步骤3）、巷道开挖后进行锚网喷初期支护，采用管缝式锚杆（1）和钢筋网（2）进行初期支护，且管缝式锚杆（1）之间的间距为0.5m-0.8m；然后再利用混凝土喷层（5）封闭围岩；

步骤4）、喷层后再间隔安装钢拱架（7），钢拱架（7）包括顶拱、底拱和2段柱腿；

步骤5）、钢拱架（7）安装后预留4-6天时间，在此期间继续重复步骤2）-步骤4），之后将最初安装的钢拱架（7）进行混凝土浇筑，形成混凝土层（6）。

2.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤1）中双层超前锚杆选用Φ40mm×6000mm的钢管，且钢管的横向间距为0.5m，纵向间距为0.4m，其上、下层错开排列，外插角6°～12°，然后进行巷道开挖。

3.根据权利要求2所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤2）中采用人工全断面一次向前开挖2m。

4.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤2）中底拱（3）为混凝土底拱。

5.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤3）中管缝式锚杆（1）为Φ40mm×1800mm管缝式锚杆，且材质为20MnSi，所述钢筋网（2）为Φ8:100×100mm的钢筋网。

6.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤3）中管缝式锚杆（1）的间距为0.5m-0.8m，所述混凝土喷层（5）的厚度为100mm。

7.根据权利要求3所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤4）中钢拱架（7）选用型号为12#矿用工字钢，相邻所述钢拱架（7）之间的横向中心间距为0.5m，工字钢的环向之间通过拉杆（4）连接，所述拉杆（4）的环向间距为600mm；且钢拱架（7）的顶拱、底拱和2段柱腿之间利用拱架连接配件（8）安装。

8.根据权利要求7所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤5）中钢拱架（7）安装好后，不进行混凝土浇筑，巷道继续向前掘进至4m时，之前安装好钢拱架（7）的2m巷道已经历4天的软岩变形期，混凝土浇筑前已形成让压缓冲层（9），此时再进行混凝土支护，形成混凝土层（6）。

9.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤5）中混凝土层（6）的厚度300mm，强度要求为C25。

10.根据权利要求1所述的穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，其特征是：所述步骤5）中混凝土浇筑时，在混凝土中添加早强剂。

说明书

技术领域

本发明涉及金属矿山采矿技术领域，具体涉及穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法。

背景技术

千枚岩是具有千枚状构造的低级变质岩石，变质程度介于板岩和片岩之间，主要特点是岩性松软，抗风化能力差，遇水软化、泥化现象突出，有明显的涨缩性，矿山井巷工程施工难度较大，尤其是在穿越断层区域时，极易出现片帮、冒顶和鼓底，致使掘进施工和支护难度更大。

某铅锌矿工程地质揭露结果表明，矿区位于大羊山复向斜南翼，主体为梅子垭组（S1-2m）第二岩性段（S1-2mb），其岩性主要为绢云千枚岩、粉砂质绢云千枚岩、炭质千枚岩，夹较多变质砂岩、杂砂岩。F2逆断层分布于矿区中部，沿罗家坡—甘沟矿部北缘—党家湾南侧一线延伸，走向近东西，倾向南，断面倾角65°-80°，垂向断距30-60米；该断层主要由千枚岩碎块、石英团块、炭泥质及断层泥组成。F4逆断层分布于矿区北部，大致沿李家梁—甘沟北—张家梁一线展布，走向近东西向，倾向北，断面倾角60-80°的逆断层，垂向断距20-50米，断层上下盘岩性均为灰色粉砂质绢云千枚岩，断层破碎带发育；该断层主要为千枚岩碎块、细碎屑、碎泥质及断层泥。

经岩石力学测试，矿区千枚岩岩层抗压强度一般在23～24MPa，属典型的地质软岩，具有较强的可塑性、崩解性、流变性和扰动性。矿山采用斜坡道开拓方式，主斜坡道布置难以避免穿越F2和F4逆断层，现场施工时采用过混凝土支护、U型钢架支护和锚注网喷联合支护，现场效果均不理想。单一混凝土支护浇筑难度大，承载能力达到峰值前巷道部分区域已冒落；U型钢架支护发生扭转破坏，底臌严重；锚注网喷联合支护水泥消耗很大，施工工艺复杂；鉴于此种情况，急需寻求一种施工工艺简单、易操作，且二次支护率较低的软弱千枚岩逆断层区域主斜坡道支护方式。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中针对金属矿山软弱千枚岩逆断层区域岩性松软、易风化，遇水软化、泥化现象突出，有明显的涨缩性、流变性和扰动性等特点，以及支护中存在的问题，提供了一种穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种穿越软弱千枚岩逆断层的巷道支护方法，包括以下步骤：

步骤1）、巷道开挖前先采用双层超前锚杆进行超前支护；

步骤2）、巷道开挖：超前支护后开挖巷道，巷道断面包括底板以上拱架部分掘断面和底板以下底拱，底拱为混凝土底拱，采用人工全断面一次向前开挖2-4m；

步骤3）、巷道开挖后进行锚网喷初期支护，采用管缝式锚杆和钢筋网进行初期支护，且管缝式锚杆之间的间距为0.5m-0.8m；然后再利用混凝土喷层封闭围岩；

步骤4）、喷层后再间隔安装钢拱架，钢拱架包括顶拱、底拱和2段柱腿；

步骤5）、钢拱架安装后预留4-6天时间，在此期间继续重复步骤2）-步骤4），预留4-6天时间,之后将最初安装的钢拱架进行混凝土浇筑，形成混凝土层。

进一步地，步骤1）中双层超前锚杆选用Φ40mm×6000mm的钢管，且钢管的横向间距为0.5m，纵向间距为0.4m，其上、下层错开排列，外插角6°～12°，然后进行巷道开挖。

进一步地，步骤2）中采用人工全断面一次向前开挖2m。

进一步地，步骤3）中管缝式锚杆为Φ40mm×1800mm管缝式锚杆，且材质为20MnSi，所述钢筋网为Φ8:100×100mm的钢筋网。

进一步地，步骤3）中管缝式锚杆的间距为0.5m-0.8m，所述混凝土喷层的厚度为100mm。

进一步地，步骤4）中钢拱架选用型号为12#矿用工字钢，相邻钢拱架间横向中心间距为0.5m，工字钢的环向之间通过拉杆连接，所述拉杆环向间距为600mm，且钢拱架（7）的顶拱、底拱和2段柱腿之间利用拱架连接配件（8）安装。

进一步地，步骤5）中钢拱架安装好后，不进行混凝土浇筑，巷道继续向前掘进至4m时，之前安装好钢拱架的2m巷道已经历4天的软岩变形期，混凝土浇筑前已形成让压缓冲层，此时再进行混凝土支护，形成混凝土层。

进一步地，步骤5）中混凝土层的厚度300mm，强度要求为C25。

进一步地，步骤5）中混凝土浇筑时，在混凝土中添加早强剂。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明针对软弱千枚岩逆断层区域巷道支护，单一混凝土支护浇筑难度大，混凝土浇筑未完成之前部分区域已冒落；U型钢架支护现场出现扭转破坏，底臌严重；锚注网喷联合支护水泥消耗很大，施工工艺复杂，对现场工人技术要求高。本发明采用钢拱架混凝土联合支护方式综合了超前支护、锚网喷支护、钢拱架支护和混凝土支护各自的优点，并结合让压原理，留有软弱围岩发生形变以达到地应力二次平衡的时间，

本发明现场支护效果良好，在保障巷道施工质量的同时极大的减少了二次支护概率，延长了巷道使用寿命，节约了成本，为矿山安全生产提供了技术保障。

附图说明

图1为本发明的巷道支护示意图。

附图标记含义如下：1.管缝式锚杆；2.钢筋网；3.底拱；4.拉杆；5.混凝土喷层；6.混凝土层；7.钢拱架；8.拱架连接配件；9.让压缓冲层。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

某铅锌矿地质工程条件与本发明技术背景一致，矿山设计采用主斜坡道开拓方式，本次穿越F2断层区域地表标高为675m，主斜坡道位置标高约为535m，埋深140m；穿越F4断层区域地表标高为640m，主斜坡道位置标高约为530m，埋深110m，设计主斜坡道断面为底板以上净断面3.2m×3.1m的1/3三心拱，底板以下为高度0.8m的圆弧拱，现场施工步骤如下：

如图1所示，该包括以下步骤：

步骤1）、巷道开挖前先采用双层超前锚杆进行超前支护。双层超前锚杆选用Φ40mm×6000mm的钢管，且钢管的横向间距为0.5m，纵向间距为0.4m，其上、下层错开排列，外插角6°～12°，然后进行巷道开挖。

步骤2）、巷道开挖：超前支护后开挖巷道，巷道断面包括底板以上拱架部分掘断面和底板以下底拱3，底拱3为混凝土底拱，底板以上掘断面为4.0m×3.5m的1/3三心拱，面积12.76m2 ，底板下部底拱3为半径2.39m的圆弧拱，面积2.01m2，采用人工全断面一次向前开挖长度2m。

步骤3）、巷道开挖后进行锚网喷初期支护，采用材质为20MnSi、Φ40mm×1800mm的管缝式锚杆1和Φ8:100×100mm的钢筋网2进行初期支护，且管缝式锚杆1之间的间距为0.5m-0.8m；然后再利用混凝土喷层5封闭围岩。喷射混凝土的强度等级C25，1d龄期的抗压强度不应低于8Mpa，最大粒径小于15mm，胶骨比约1:4-1:5，水胶比约0.40-0.50，砂率宜为45%-60%，水泥用量不小于300kg/m3，混凝土喷层5的厚度为100mm。

步骤4）、喷层后再间隔安装钢拱架7，钢拱架7包括顶拱、底拱和2段柱腿，钢拱架7的各部分利用拱架连接配件8安装。钢拱架7选用型号为12#矿用工字钢，高度120mm，宽95mm，腰厚11mm，理论重量31.18kg/m，材质牌号25MnK，抗拉强度约530Mpa，屈服强度约335Mpa，断后伸长率约20%。

钢拱架7的总长度12.66m/架；其中：顶梁4.71m/根，柱腿2×2.01m/根，底拱3.93m/根，钢拱架7允许变形量约30mm；拱架连接配件8套/架，每相邻钢拱架7之间的横向中心间距为0.5m，工字钢的环向之间通过拉杆4连接，采用Φ28mm螺纹钢焊接作为连接拉杆4,拉杆4环向间距为600mm。

步骤5）、钢拱架7安装后，不进行混凝土浇筑，继续重复步骤2）-步骤4），巷道继续向前掘进至4m时，之前安装好钢拱架7的2m巷道已经历4天的软岩变形期，混凝土浇筑前已形成让压缓冲层9，此时再进行混凝土支护，形成混凝土层6。混凝土层6的厚度300mm，强度要求为C25。且在利用混凝土浇筑时，在混凝土中添加早强剂，以提高浇筑混凝土早期强度。此方法是在前2m已掘巷道在钢拱架安装好之后，预留约4-6天时间让软弱围岩自身发生形变，在巷道的拱顶处形成让压缓冲层9，待地应力二次平衡后再进行混凝土浇筑，以达到让压目的。

施工现场按照该穿越软弱千枚岩逆断层区域巷道支护方案施工后一年内，支护区域未发生混凝土变形开裂，支护效果良好。