某地下矿山巷道钢纤维喷射混凝土支护技术

时间：2024-07-28

付宗智

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)

·实用技术·

某地下矿山巷道钢纤维喷射混凝土支护技术

付宗智

(长沙有色冶金设计研究院有限公司)

为实现巷道安全、快速掘砌且兼顾经济效益，在现场实践和室内试验的基础上，针对目前矿区巷道状况，提出钢纤维喷射混凝土支护技术，并与喷锚网和素混凝土砌碹支护进行了比较。经过理论计算和施工验证，钢纤维喷射混凝土施工进度快、巷道冒顶少、相同地质条件下每延米费用更低，在矿山施工过程中采用钢纤维喷射混凝土是合理的。

钢纤维喷射混凝土钢纤维掺量技术经济比较

某铝土矿矿体位于河床之下，目前该矿正处于基建期，主要运输巷道都是沿脉巷道，沿着矿体底板掘进。因矿体较薄，掘砌过程中经常穿透顶板或底板。矿体直接顶板为黏土页岩、炭质页岩及黏土矿，间接顶板为煤层；直接底板为铁质叶岩、黏土矿和赤铁矿(或菱铁矿)等组成，间接底板为白云质灰岩、泥质灰岩、角砾状灰岩。主要围岩中的页岩以及灰岩破碎区巷道稳定性差，部分区段地下水较发育，此外还存在老窿、溶洞以及断层不利的地质条件。原设计主要采用喷锚网和混凝土支护，导致巷道掘进施工速度慢、冒顶频繁。为了实现巷道安全、快速掘砌的同时兼顾经济效益，通过考察及相关工程项目的类比，在实践和室内试验的基础上，提出针对目前矿区巷道的钢纤维喷射混凝土支护技术。

1 钢纤维喷射混凝土技术

在喷射混凝土中加入一定数量的钢纤维，均匀分布在混凝土中，为混凝土提供了非连续性的微型配筋，提高了喷浆材料的抗拉、抗弯、抗冲击和耐磨性，以及早期强度、韧性和延展性，改善其物理力学性能，提高了各项技术指标。

2 支护方式的比较

2.1 钢纤维喷射混凝土支护与钢筋网喷射混凝土支护

表1为两种支护方式的比较。

由表1可以看出，对于净宽2.6 m的单轨巷道，采用钢纤维喷射混凝土比钢筋网喷射混凝土节省费用31.7%。

2.2 钢纤维喷射混凝土与砌碹支护比较

通过在雷沟矿区进行了相应的工业对比试验，试验结果显示钢纤维喷射混凝土能够较好的解决这类围岩的支护问题。钢纤维喷射混凝土与砌碹支护的技术经济比较见表2。

从表2中可知，相对于砌碹支护，钢纤维喷射混凝土支护不需要立模，材料消耗量少，因此前期准备和运输所花费的时间要少于砌碹支护；钢纤维喷射混凝土施工机械化程度高，施工速度快，对巷道掘进影响要小；钢纤维混凝土施工不需要额外购买设备，已有的喷射混凝土设备能够满足钢纤维混凝土施工需要。因此，钢纤维混凝土只相当于混凝土中增加了钢纤维的成本，但是每米总的费用要少于砌碹支护。采用喷射钢纤维混凝土替换、或者部分替换砌碹支护，将有利于提高施工速度，促进矿山早日投产。

2.3 钢纤维喷射混凝土施工过程中出现的问题及解决办法

永久支护时，一些钢纤维可能暴露或突出于结构表面，发生腐蚀或刮伤过往作业的工人。建议在钢纤维喷射混凝土的表面再喷射一层厚度为10 mm 的水泥砂浆作为覆盖层，其强度等级不应低于钢纤维喷射混凝土。

井下空间狭小，不具备钢纤维混凝土的搅拌条件，只能在地面搅拌好后通过溜灰管溜至施工中段，再通过矿车转运到工作面。在转运和喷射过程中难免有钢纤维跌落巷道底板，钢纤维为长30～40 mm、直径0.5 mm左右的短段钢丝，当采用无轨运输时，钢纤维常常扎破三轮车轮胎，导致运输中断。现场工业试验过程中经常遭致施工单位的抵触。通过和施工单位的沟通，封闭运料斗缝隙，避免运输过程中的撒漏，同时对回弹的混凝土进行回收，作为水沟壁砌筑材料。

表1 钢纤维混凝土支护与钢筋网喷射混凝土支护经济技术比较

注：混凝土拌合料成本：700元/m3;钢筋网单价：50元/m2，喷射混凝土回弹率按40%计算;目前钢纤维试验用量为30 kg/m3，单价10元/kg，喷射混凝土回弹率按30%计算。

表2 砌碹支护与钢纤维混凝土支护经济技术比较

注:对净宽2.6 m的单轨巷道计算，钢纤维喷射混凝土回弹率为30%，钢纤维掺量为30 kg/m3。