新奥法在前坪铜矿破碎岩体掘进中的应用实践.pdf

第6 8 卷第3 期 有 色 金 属( 矿山部分) 2 0 1 6 年 5 月 d o i： 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 6 7 1 - 4 1 7 2 2 0 1 6 0 3 0 1 9 新奥法在前坪铜矿破碎岩体掘进中的应用实践 郭鸿德 ， 靳艳红 ( 1 卢 氏茂源矿业有限责任公司， 河南 三门峡 4 7 2 0 0 0 ； 2 河南黄 金建 筑 安装公 司， 河 南 洛 阳 4 7 1 0 0 3 ) 摘要 ： 根据 前坪铜矿井下破碎岩体 的施工现状 ， 依据新奥法基本原理 ， 通过钢拱 架锚 网喷联合支 护工艺在 破 碎岩体巷 道掘进中 的试验研究 ， 确定最优支护工艺 。现场掘进 试验 结果表 明 ， 新奥法 适用 于破 碎岩 体条件 下 的巷 道掘进 ， 可取得较 好的技术经济效果 。 关键词 ： 新奥 法 ； 钢拱架 ； 锚网喷 ； 支护 ； 掘进 中图分类号 ： TD 3 5 3 文献标 志码 ： A 文章编号 ： 1 6 7 1 4 1 7 2 ( 2 0 1 6 ) 0 3 0 0 7 9 0 4 Pr a c t ic e a n d a p p l ic a t io n o f Ne w Au s t r ia n M e t h o d in d r if t in g o f b r o k e n r o c k ma s s in Qia n p in g C o p p e r Min e GUO Ho n g d e ，J I N Ya n h o n g ( 1 Lu s hi M a oy ua n M ining Co ，Lt d，Sa n m e nxia He n an 47 2 000，China 2 He n a n Go l d Co n s t r u c t i o n& I n s t a l l a t i o n Co ，Lu o y a n g He n a n 4 7 1 0 0 3 ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Du e t o t h e c u r r e n t s it u a t i o n o f d r i f t i n g i n u n d e r g r o u n d b r o k e n r o c k ma s s i n Qi a n p in g Co p p e r M i n e ， c ombine d s up por t t e c hno l o gy， s t e e l a r c h a nd b ol t m e s h s ho t c r e t e is t e s t e d ba s e d on Ne w Au s t r ia n M e t ho d a n d o p t ima l s u p p o r t t e c h n o l o g y a r e o b t a in e d Th e in - s it u d r if t in g t e s t r e s u l t s s h o w t h a t Ne w Au s t r ia n M e t h o d is a p p l ic a b l e f o r dr if t ing in b r o ke n r oc k ma s s，whic h c a n ob t a in be t t e r t e c hnic a l a n d e c ono mic e f f e c t s Ke y wo r d s ：Ne w Au s t r ia n M e t h o d；s t e e l a r c h；b o l t me s h s h o t c r e t e ；s u p p o r t ；d r if t 软弱 破碎 不 良地 层 条 件 下 的 巷 道 掘进 及 支 护 ， 由于岩体本身固有 的工程特殊性 ， 一直以来都 是采 矿岩体力学领域中非常棘手的难题。近年来发展起 来的超前地质探测预报技术为破碎岩体定位及三维 建模 提 供 了较好 的参 考 ， 为 软 弱 破 碎 岩 体条 件 下巷 道掘进及支护设计提供了新的思路及方法 。一般 常 见 的施 工 方法 包 括 光 面 爆破 施 工 、 超 前小 导 管 注 浆施工 、 新奥法施工等。由于岩体地质力学条件 的 复杂多变性 ， 需因地制宜 ， 综合分析确定符合破碎岩 体实际情况的掘进及支护工艺 。 1 工 程 概 况 卢 氏茂 源矿业 有 限责 任公 司前 坪铜 矿是 中国黄 金集 团公 司控 股子 公 司 ， 前 坪铜 矿是 河 南 省 卢 氏县 曲里矿 区的一部分 。前坪铜矿地处豫西崤山山脉南 部 ， 行政上归属于三门峡市卢氏县潘河乡， 矿区位于 卢 氏县 城 西 南 方 向约 1 7 k m 处 ， 与 2 0 9国 道 相 连 。 地 理坐标 ： 北 纬 3 3 。 5 7 2 6 至 3 3 。 5 7 5 O ， 东 经 l 1 O 。 5 3 l 1 至 1 1 0 。 5 3 4 6 ” 。 由于前 坪铜 矿控 制程 度较 低 ， 勘查 级别 为普 查 ， 2 O 1 3年前坪铜矿进行了详查 ， 提交 的详查报告经评 审存在以下三个方面的问题 ： 1 ) 矿 区相对较富矿体 位 于洛 河正 下 方 约 2 0 0 m 深 处 ， 水文 地 质 条件 需 进 一 步验证 ； 2 ) 矿 区 工 程 地 质 条 件 较 差 ， 矿 岩 极 不 稳 固 ， 需明确查明工程地质条件 ； 3 ) 矿体勘探类型为 类 ， 剖面 间矿 体形 态 差 异 较 大 ， 勘 探 线 间距 较 大 ， 矿 体 尚未有 效控 制 ， 地 质 资 源储 量 和 矿 石 品质需 进一 步探 明 。为 此 ， 前 坪 铜 矿 2 0 1 4年 利 用 现 有 系 统 在 3 0 0 m 水 平 进行 验 证 探 矿 ， 工 程 量 7 0 0 m， 工 期 6 5 个 月 。由于探 矿工 程 地 质 条 件 较 为 破 碎 ， 根 据 国 内 外相关工程施工经验 ， 决定采用新奥法进行施工 。 2 新 奥法基 本原理 作者简介 ： 郭鸿德( 1 9 7 9 一) ， 男 ， 助理工 程师 ， 采 矿工程专业 ， 主要从 事采矿工艺 研究和 现场施工管 理工作。 新奥法是指新奥地利隧道施工方法 ， 是针对软 岩隧道施工的一整套支护思想和技术措施。主要原 8 o 有 色 金 属( 矿山部分) 第 6 8 卷 则有 。 1 ) 充分利用岩体强度 ， 发挥岩体 自承能力 ； 2 ) 准确运用围岩一 支护共 同作用原理， 合理考 虑 围岩 变形 影 响 ； 3 ) 监测 作 为必要 手 段贯彻 始 终 ； 4 ) 强调封底的重要性 ， 务必做好封底 ； 5 ) 施工应 当与监测 同步， 监测反馈调整。 采用新奥法进行井下破碎岩体施工时 ， 锚杆和 喷射 混 凝土是 其 主 要 的支 护 手 段 ， 而支 护 时 机 则 需 通过 现 场测量 围岩 的变形 结果 来确 定 。锚 杆 是置 入 围岩内部的支护形式 ， 具有加固围岩的作用 ， 是一种 主动支 护 ， 当巷 道 附近 围岩 向巷道 内变 形 时 ， 通 过 固 定在围岩深部的锚头、 锚尾及托盘的共 同作用 ， 利用 锚杆本身的刚度， 形成对岩体 较大的锚 固力 。要求 锚 杆垂 直 于岩 面或 节理 面 ， 锚 杆尾 部 必须设 有 托盘 ， 托盘要求紧贴岩面， 通过拧 紧锚杆尾部螺丝对托盘 施加 预 紧力 ， 预 紧 力越 高 ， 其 支护 效果 会越 好 。锚杆 支 护在 一定 条件 下 有 非 常显 著 的效 果 ， 经 济 且 施 工 简便 。合理布置锚杆， 可使围岩由松散体构成一个 整体 ， 是形成围岩稳定结构 的重要条件。喷射混凝 土 可作 为永 久支 护形 式 ， 不 仅 有一定 的支护 能力 ， 还 能 封闭 岩石 表面 ， 防止 岩 面风化 和 冒落 ， 从而 阻止 围 岩强度降低 ， 锚杆失效等问题 。新奥法 比传统方法 在 破碎 和强 度低 的 围岩 条 件下 施 工 ， 可 以取 得 更 好 的经济 技 术效 果 。 3 破 碎岩体 中巷道施 工钢拱 架锚 网啧 联 合 支护 试 验 3 1试验 条件 矿 区受黑 沟 断 裂 带控 制 ， 断 裂构 造 发 育 。围 岩 主要 为正 长斑 岩 和 大理 岩 形 成 的钙 质 系 列矽 卡 岩 ， 主要 由石榴矽卡岩 、 透辉石榴矽卡岩、 透辉矽卡岩、 透辉 石大 理 岩和 绢云 绿泥 大理 岩组 成 。井下 围 岩受 断层 切 割 ， 节 理发 育 ， 不稳 固 ， 围 岩具 有 遇 空 气 易 风 化 、 遇水易泥化的特性 ， 顶板 和边帮易冒落。经综合 考虑决定在一般巷道采用锚 网喷支护 ， 在 断裂带 附 近采用钢拱架锚 网喷联合支护。 3 2 支护参数选择 3 2 1 巷道设计断面尺寸 断面规格 ： 尺寸为 ( 宽 高) 2 6 m2 8 m， 如 图 l 所 示 。 3 2 2 支护参数计算 j 1 ) 锚 杆 长度 L L= = = L + L， + L 一0 1 5 + 1 5 + 0 4 2 0 5 m 图 1 钢 拱架锚网喷支护巷道断面 图 Fig 1 The cr o s s s e ct io no f r o a d way s u pp or t e d wit h b ol t - m e s h s h o t cr e t e a n d s t e e l a r ch 式 中 ： L 一锚 杆 外露 长度 ， 一般 取 0 1 5 m； L 一 锚杆有效长度 即岩石松动 圈的范 围， 查规范一般取 1 5 m； L 。 锚 杆 锚 固段 长 度 即锚 杆 锚 入 坚 硬 岩 体 的长度 ， 一般 L 。 一0 3 0 4 ， 由拉 拔 实验 确 定 ， 当围 岩 松软 时 ， L 。 还 要加 大 ， 取 L 。 为 0 4 m。 为 了安 全施 工 ， 锚 杆 长 度 取 L= = = 2 1 m， 可 满 足 施 工要 求 。 2 ) 锚 杆 间 、 排距 D 锚杆 问排距根据每根锚杆悬 吊的岩石重量确 定， 即锚杆悬吊的岩石重量等于锚杆的锚固力 ， 通常 按锚杆的等间距 、 等排距排列 ， 根据设计规范 ， 锚杆 间距计算 ： D 0 5 L= 0 52 1 1 0 5 m 式 中 ： D 锚杆 间距 ； L 一 锚杆 长度 。 为安全起见 ， 锚 杆间、 排距取 1 m1 0 5 m， 符 合要求。 3 ) 锚 杆 直径 d d一 ( 4 Q 7 【 ) 。 一 ( 45 O1 0 0 0 ) ( 3 1 4 2 4 0 ) w 一1 6 3 mil l 式 中： Q 一锚杆设计锚 固力 ， 取 5 0 k N； 一锚杆 屈服 强度 ， 取 2 4 0 MP a 。 取 d一2 0 mm。 上述锚杆 网度 1 m1 m， 也就是说 ， 每增加 1 m 增加 2根锚杆 ， 安全系数已能满足要求。 4 ) 金 属 网规格 金属 网片规 格 采 用 ： 1 m 2 m， 钢 筋 网 为 直 径 8 min的钢筋焊接 。间排距 ： 1 0 0 mlT l 1 0 0 mm。 3 2 3 钢 拱架 喷锚 网联 合 支护施 工步 骤及 要求 1 ) 素 喷混凝 土 首先素喷 3 5 C 1T I 厚? 昆凝土 ， 形成一定支护能 力 ， 减少巷道形变 ， 及时封闭岩面 ， 防止岩体与空气 和水汽接触 ， 防止风化 。喷射前 ， 先用水冲洗岩面 ， 喷射时 ， 先给水再送料 ， 结束时先停风后停水 ； 单罐 ， 、 、 、 第 3 期 郭鸿德等 ： 新 奥法在前坪铜矿破碎岩体 掘进 中的应用实践 8 1 湿喷机 ， 每罐喷完后 ， 应将喷枪 保持在 原受喷部位 ， 下一罐应先喷射 已喷部位 ， 待石子出完后 ， 再移 向新 的受喷面。喷枪与受喷面的距离和夹角随着风压的 波 动 ， 应 不 断地 调整 ； 喷枪 与 受 喷 面 的垂 线 成 1 O 。 1 5 。 夹角 ， 喷射 效 果 较 好。喷枪 旋 转 直径 为 0 3 0 0 mm， 旋 转 轨 迹 ， 以一 圈 压 半 圈 的 水 平 横 向运 动 为宜 。 喷射混凝土的回弹管理 ： 材料方面， 采取合理配 比， 严格按设计 配比配料 ， 粒径 大于 1 5 mm 的骨料 应控制在 2 O 以下 ； 工艺方面 ： 根据风压调整水压 ， 水压应 比风压高 0 0 5 1 0 1 0 2 MP a ， 控制好水量， 保持水灰 比在 0 4 3 0 5范 围内， 一次喷射厚度一 般应不大于最大骨料粒径 的 2倍 。操作方面 ： 拌合 料搅 拌后 ， 停 放 的 时 间 一 般 应 不 超 过 3 O rai n ； 速 凝 剂 掺量 要 均匀 。 2 ) 立 钢拱 架 第 一 遍素 喷 混 凝 土凝 固后 ， 立 钢拱 架 。钢 拱 架 采用 1 6 c m工字钢制作 ， 由立柱和拱形架组成 ， 形状 近似三心拱， 根据支护实践经验 ， 拱架 间距采用 0 5 1 m， 一般采用 l m， 岩体极不稳固时采用 0 5 m， 立 柱底 脚 焊接 1 5 0 mm1 5 0 mm 5 mm 垫 板 ， 立 拱架时底 脚要 落在 基岩 上， 拱架 间采 用 9根 O3 2 mm 的螺 纹钢 搭 接并 焊接 牢 固 ， 如 图 2 所 示 。 I 钢拱架 图 2拱架与连接筋搭接 示意图 Fi g 2 La ppi ng s ke t c h o f a r c h a nd l i n ki n g r e ba r 3 ) 锚 网支 护 首先 在钢 拱架 间 打锚 杆眼 ： 钻 孔 深度 2 1 m， 钻 孔 要垂 直 于岩 面 或 节 理 面 。其 次 安 装 锚 杆 和 挂 网 ： 先 将锚 固剂放 人 钻孔 ， 锚 固剂 长度 应 不 小 于 孔 深 的 三分之二 。再将锚杆穿过 网孔 ， 用锚杆钻机将锚杆 顶入 钻孔 内 ， 最后 拧 紧螺丝 将托 盘 紧贴 岩面 固定 ， 锚 杆尾部用钢筋与钢拱架焊接 ， 最后用扎丝将所有 网 搭 接 固定 。 4 ) 喷射 混凝 土 ( 1 ) 喷射 1 4 1 6 c m厚混凝土， 喷射方式采用分 段、 分片 ， 由下而上喷射作业 ， 每段长度不超过 6 m。 初喷 厚度 8 1 0 c m， 着 重 覆 盖 锚 杆 和 网 片 ， 将 小 的 凹坑喷圆顺 ； 第二次喷射至设计厚度， 将明显 凹坑喷 平整 ， 达到设计要求 ， 用标志钢筋外露长度控制喷射 厚度 。 ( 2 ) 喷头 与受 喷 面 的距 离 ： 喷头 距 离 岩 面为 0 8 1 2 r n时较 适 宜 。由 于喷 头 压力 大 ， 将 喷 头 固定 在机械手上进行作业 ， 若人工掌握喷头 ， 两人操作或 用简 易支 架进 行 。 ( 3 ) 风压 ： 湿喷机要求工作风压 0 2 0 5 MP a ， 系统 风压 0 5 MP a ， 耗 风量 9 m。 m i n ， 若 风压 控 制不好 ， 会造成 回弹量 增大 。喷 射应对 工作 风压进 行 试验， 先取最优稳定工作风压， 获得最优喷射效果。 ( 4 ) 喷射角度 ： 喷头应保持与受喷面垂直 ， 若受 喷面被格栅 、 钢筋网覆盖时， 可将喷头稍加偏斜 ， 但 不 宜小 于 7 O 。 ， 如果 喷 头 与受 喷 面 的 角度 太 小 时 ， 会 形 成混 凝 土物料 在 工 区上 滚 动 ， 产 生 凹凸不 平 的波 形 喷 面 ， 增 加 回弹 量 ， 影 响喷 射混 凝土 的质 量 。 ( 5 ) 喷头运 动方 式 ：