浅析喷锚网联合支护在金川矿山的应用

金川镍矿于 1958 年在甘肃省金昌市区西南侧发现，主要由龙首矿、二矿区和三矿区共同开采，年出矿量 1000 万吨。其中，二矿区年生产能力 425 万吨，采矿方法为机械化水平下向分层胶结充填采矿法[1]。金川矿山，经过半个多世纪的建设、发展，支护技术日渐成熟，根据不同的巷道工程建设提出了各种支护方式，但是随着采矿深度的不断加深，以往单一的支护形式已不能支撑矿区的深部开采需求，施工完的巷道受地压作用影响很快就会发生破坏变形，必须进行返修加固。大量返修必然对采矿造成影响，返修成本压力大，运输能力减小等问题，严重影响矿山生产的正常组织。因此对二矿区支护技术进行研究，解决金川深部巷道支护技术问题势在必行、迫在眉睫。本文针对单一支护方式不稳定等不利因素进行分析，采用喷锚网联合支护，各种支护的性能充分发挥，取长补短，优势互补，具有更好的支护效果和适用范围。

1 喷锚网支护理论

巷道支护的目的主要是确保围岩体的稳定，保护施工人员安全。喷锚网支护,已问世几十年，我国锚杆使用开始于 50 年代，70 年代开始在煤矿中应用，发展迅猛。锚杆先后采用管缝式、膨胀式、快硬水泥、树脂锚固锚杆等，2005 年开始提倡“三高一低”的新设计观念，即高强度、高刚度、高可靠和低密度[2]。目前，用锚喷施工的巷道平均为 1000km /年，全国平均巷道的 30% 。喷锚网支护增加了金属网，提高了喷射混凝土的支护抗力、抗裂能力和喷层的韧性[3]，支护效果好，应用较为广泛。

喷锚网支护工艺中主要是锚杆支护以及喷射混凝土支护，下面对两种支护方式的作用进行简要分析。

锚杆支护理论有：悬吊、组合梁、组合拱理论等。

锚杆支护的机理主要有

(1)控制围岩产生位移和发生破坏变形，保持围岩自身结构完整性，利用和发挥围岩自身强度。

(2)锚杆的锚固力由垫板、金属网等构件向深部围岩传递，发挥锚杆的加固作用，控制巷道变形。

巷道开挖以后锚杆锚固越及时，预应力越大，岩层的完整性和整体强度保持的越好。喷射混凝土支护是及时封闭围岩表面，提供一定的支护力，喷射混凝土应具有一定的柔性以适应围岩在一定范围内的变形。

2 喷锚网联合支护方法的具体支护工艺

金川矿山在过去几十年中，使用过木支护、预制块支护、喷锚网、U钢拱架支护、钢筋砼支护，长锚索、钢管混凝土支架等。木支护以梯形结构为主，由一梁、两柱、背板撑柱和角楔组成。但因木支护强度有限、不能防火、容易腐朽、服务年限短、对围岩移动的适应性差等缺点，逐渐在金川矿山淘汰。预制块支护因成本高、支护体和围岩间存在空区不密实情况、劳动强度大，也逐渐在金川矿山淘汰。随着采矿深度的不断加深，单一的支护形式已不能支撑矿区的深部开采需求，目前用的最多的还是喷锚网联合支护，此处共列举了四种联合支护方式。

2.1 双层喷锚网+锚注联合支护

锚杆为 Φ22mm 螺纹钢，长度 2.25m ，排间距 1.0m×1.0m ；金属网用Φ6.0mm 圆钢点焊，规格 2.15m×1.25m ，网度 150mm×150mm ；垫板为 200mm×200mm×10mm 钢板；支护厚度 100mm ，强度 C20，锚固剂为水泥药卷或为水泥砂浆。

施工工艺：

（1）砂浆锚杆：钢筋、水泥、砂等支护材料均应符合规范要求；锚孔的方向、位置、孔深符合设计要求；严格按配合比拌制砂浆。

（2）喷射混凝土：水泥、骨料、水、外加剂等符合设计要求，水泥为32.5R 硅酸盐水泥，速凝剂为水泥重量的 5% 。用 ZP－VB 型转体式混凝土

喷射机喷射混凝土。

（3）锚杆金属网敷设：锚杆排间距为 1.0m ，与岩面不小于 75^∘ ；砂浆配比：水泥： ℏψ=1:1 ；网片之间搭接头的搭接率必须达到 100% ，并且搭接牢靠，一次网片紧贴岩面布置，垫板必须压紧网片，垫板螺帽必须紧固到位，螺杆外露 3-5 圈。

锚注参数:锚注锚杆为 Φ32mm×6mm 的无缝钢管制作，长度 2.25m～3 0m ，排间距均为 2.0m ；水灰比 0.65～0.80 ；注浆泵采用 QZB－50/60 型，单孔注浆量达 150kg 或注浆压力达到 4.5MPa 维持5 分钟时停止注浆。

2.2 喷锚网 +U 钢拱架 + 锚注联合支护

U 钢拱架材质为 U25 钢或 U36 型钢，拱架间距 1.0m ，拱架间用拉钩连接，拱架与巷道岩壁用 12 根弯钩锚杆焊接固定。

2.3 喷锚网 +. 单筋混凝土+锚注联合支护

支护参数为：主筋 Φ18mm 、副筋 $\Phi _ { Ḋ } 1 2 \mathrm m m Ḍ Ḍ$ ，间距分别为 250mm 、300mm ，混凝土厚度 300mm ，强度 C30 。锚注参数同上。

施工工艺：

（1）水泥、砂、石储备满足砼施工不间断需要；搅拌机状况良好，保证混凝土能连续供应。

（2）混凝土浇筑：混凝土采用机械搅拌,由下向上分层浇筑，振捣密实、连续浇筑。

2.4 喷锚网 + 钢管混凝土支架联合支护

金川矿山，钢管混凝土支护的应用开始于 2015 年，最先在二矿区 1000m 运输巷进行实验和应用。钢管混凝土支架最大的特点就是巷道周边全部用钢管包围成整体，钢管及钢管内的混凝土共同作用来抵抗巷道围岩应力。实验表面，钢管混凝土支架顶拱处的变形较稳定,数值上较两帮小,左、右两帮变形值较大,说明在 1000m 巷道所处地质条件下,钢管混凝土支架能有效地控制巷道收敛变形，减小位移,减小塑性区[4]。钢管混凝土支架架设需借助吊装锚杆、手拉葫芦吊装到位，最后拼接。

3 喷锚网联合支护应用效果分析

实践表明，喷锚网联合支护中双层喷锚网适用于岩石较好地段；U 钢拱架适用于岩石破碎、矿岩接触带地段；钢管混凝土支架适用于地压大，岩石破碎，服务年限更长的巷道支护中。应该说喷锚网 + 钢管混凝土支架是金川矿山目前最强、最有效的支护形式，相比较其它支护形式，钢管混凝土支架服务年限更长，减少了巷道的返修次数，巷道维护费用降低。锚注与其它支护形式联合使用，注浆的水泥浆液能将松散围岩有效的固结在一起，充分发挥岩层自身的强度，抑制巷道破坏变形。

4 结束语

喷锚网联合支护在金川矿山的广泛应用，有一定的科学性、合理性，值得同类矿山借鉴作用。矿山单位应做好水文、地质资料的收集工作，为设计部门提供准确地质资料，以便设计部门根据不同的岩石条件进行相应的支护形式设计，做到有的放矢，科学规划，投资合理。工程施工中，加强地质预报，应针对不同的岩石条件，选择合理的支护形式。施工单位应做到严格按设计施工，确保工程质量，为金川的发展壮大贡献力量。

参考文献：

[1]金铭良 Jin, Mingliang, Nonferrous,等.金川镍矿的斜坡道及机械化开采[J].西部探矿工程,1994.

[2]李典兵,张鹏,孟召波.喷锚网联合支护技术在某矿山应用实践[J].现代 矿业,2017,33(7):2.

[3]马国超,莫启明,马力钟.喷锚支护技术要点分析.

[4]李光,马凤山,郭捷,等.U 钢管混凝土支架支护技术在金川矿山的应用[J].黄金科学技术,2017,25(5