0 引言

阿舍勒铜矿于2004年9月投产，是一座中型地下矿山，位于新疆北部阿勒泰地区的哈巴河县境内，阿尔泰山脉西段南缘低山丘陵区，地形丘状起伏，北高南低，海拔标高850~950m，比高20~50m。在Ⅰ号矿体650及以下中段的嗣后充填采场中，由于矿体顶板构造发育，工程施工和采场回采时，暴露后出现跨坍、冒顶，生产施工困难。为了加快矿山建设，保证采场安全顺利生产，开展了采场护顶等相关问题的现场试验研究，取得了良好的效果。

1 工程地质条件及开采状况 1.1 工程地质条件

阿舍勒铜矿属于火山喷发—沉积成因的黄铁矿型铜、锌、硫多金属矿床，由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号3个矿体组成，其中Ⅰ号矿体为主矿体，其铜储量占矿床总储量的98%，其他两个矿体工业意义不大。Ⅰ号矿体呈层状、似层状和透镜状产出，其垂直断面呈“鱼钩”型，水平断面为“镰刀”状。矿体受4号倒转向斜的形态控制，在成矿同期褶皱的作用下，形成东西两翼（即倒转翼和正常翼）。东翼（倒转翼）顶板以英安质沉凝灰岩、含砾沉凝灰岩为主，大部分地段已硫铁化，黄铁矿矿层直接构成铜矿体顶板，底板为玄武岩。西翼（正常翼）矿体和转折端矿体顶板仍以玄武岩为主，底板则以英安质沉凝灰岩、含砾沉凝灰岩为主。受构造应力和地下水的作用，矿体的顶、底板围岩大部分破碎，稳固性较差，暴露时间短，自撑能力低，整体稳固性较差。

Ⅰ号矿体形态为一倒转向斜，走向长843m，呈南北向延伸，枢纽向北倾伏，倾角45~55°。矿体东翼倒转，倾向东，倾角65~75°，倾向延伸300~1000m，平均700m；西翼倾向东，倾角45~55°，倾斜延伸20~200m，平均延伸100m。矿体东翼厚度5~120m，平均约40m。西翼厚20~40m，平均28m。矿体呈隐伏-半隐伏状，埋藏标高0~880m，平均埋深约500m。

矿区地质构造复杂，受玛尔卡库里大断层的影响，在阔勒德能复向斜的南翼叠加了一系列南北向展开的褐皱构造，同时产生了南北向、北西向、北东向和近东西向等四组更次一级的构造。

矿区的水文地质条件简单，井下水的补给除小部分来源于北面裂隙水外，大部分的地下水是靠大气降雪、降水来补给。

1.2 开采状况

阿舍勒铜矿Ⅰ号矿体是2004年9月投产的，设计采取竖井、斜坡道无轨联合采拓，目前已开拓的中段有500、550、600、650、700、750、800、840等8个中段，中段高50m。其中840中段采用中深孔分段崩落采矿方法；700、750中段采用沿矿体走向的上或下向分层进路戈壁砂胶结充填采矿方法；650中段采取垂直矿体走向交替布置矿房、矿柱，回采均采用分段空场中深孔崩矿、嗣后戈壁砂胶结充填采矿方法；650以下中段采取垂直矿体走向交替布置矿房、矿柱，回采均采用垂直深孔阶段崩矿，嗣后戈壁砂胶结充填采矿方法。

在矿区开采过程中，因顶板矿岩接触带构造发育，嗣后充填的采场在回采时顶板出现垮塌、冒落的现象较为普遍，尤其650中段更为严重，给区域的稳定和采场的回采造成了很大的影响。

2 采场护顶方案 2.1 采场顶板变形、破坏特征及原因分析

在嗣后充填采场的回采中，顶板的变形、破坏主要表现为顶板跨坍、冒落，如首采采场1^#矿房，在回采刚结束，顶板就开始垮落，垮落的矿岩充满了整个采空区，导致无法充填。5^#矿房采到667m分段第八排炮孔时，上盘围岩就开始垮落，并且发生多次冒落，直到冒落体充满整个采空区才停止。从现场调查得知，采场上部8~15m和上中段底部3~8m的顶板矿岩接触带是采场发生垮塌、冒落的主要部位，垮塌、冒落一般在采场刚采完或快采完，即矿岩接触带暴露一周之内发生的概率最大，通常从矿岩接触带开始，然后扩展到上盘围岩和上中段底部。采场顶板产生变形、破坏的主要原因有以下几个方面。

（1）围岩构造发育，地质条件复杂。矿体上盘3^#勘探线以南围岩为硅化、绢云母化凝灰岩，该岩体具浸染状黄铁矿化，节理、片理发育，稳定性较差；3^#勘探线以北围岩为次英安斑岩，该岩体虽然为块状结构、坚硬，但节理发育，为碎块状产出，其稳固性很差。此外，733m水平有一条构造蚀变破碎带盖帽式穿过矿体，该破碎带沿矿体走向展布，宽度5~30m，倾角45~50°。岩石多呈棱角状、碎裂状，同时发育一系列压性结构面，结构面纵横分布，岩体力学性质极差。由此导致了上盘围岩较大范围不稳固，同时受其影响，部分矿体稳固性也较差。

（2）周边采场施工影响。该中段采场采用中孔崩矿，下部中段采场采用垂直深孔崩矿，每次爆破炸药量均在1000kg以上，爆破产生的冲击波和地震波对围岩造成一定的影响。

（3）水的影响。矿体围岩大部分为可溶性岩体，受构造裂隙水和井下充填富余水的影响，岩石的物理力学性能减弱。

2.2 采场支护方案

根据软弱岩体的赋存特点和工程地质条件及其变形特征，确定上盘矿岩接触带为采场支护的重点。具体支护范围为：纵向上以采场上部8~15m及上中段底部3~8m；横向上以矿体边界为中心，采场上盘围岩15m和矿体内10m；如果矿岩较为破碎，支护范围相应扩大。

方案的具体设计，由采场上部二个分段的分段巷道，距矿体上盘边界3m处沿矿体走向掘支护施工横巷，规格为2.6m×2.8m，长度为采场宽度。在支护横巷内，向上盘围岩掘凿4排上向扇形锚索孔，孔径为60mm，排距2.5m，每排5个孔，孔深16~20m。如矿岩比较破碎，可利用采场所对应的700m水平穿脉巷道作采场护顶巷道，在护顶巷道布置上向扇形锚索孔，孔径为60mm，排距2.5m，每排5个孔，孔深16~20m。

采场护顶采取锚注、锚索、高压注浆和锚网喷多种技术联合的方式进行。首先将不稳固的围岩进行锚注，然后安装长锚索，再进行网喷。锚注是利用空心锚杆兼作注浆管（简称注浆锚杆），锚索采用直径26~32mm的去油钢丝绳或钢绞索，网筋Ø6~8mm，网度200mm×200mm，钢筋支架主筋直径22mm，间距0.8~1m，砼厚60mm。喷射砼的配比，水泥:砂子:碎石为1:2:2，水灰比为0.4~0.45，其中水泥采用普通硅酸盐水泥，标号325号或425号。砂子采用硬质耐磨的中砂、细砂或硬质的戈壁滩砂。碎石采用硬质耐磨的碎石或戈壁滩卵石，粒径不大于15mm。注浆液采用纯水泥或加少许质硬的细砂（粒径≤1mm），水灰比0.4~0.45（顶孔取下限，边孔取上限）。水采用末污染的水，pH值在4~7.5间为宜。

3 现场工业试验

经现场调查获悉，650中段17^#采场矿岩节理发育，上盘矿岩接触带比较破碎、稳定性差，具有代表性，因此确定该采场为试验采场。

17^#采场在该中段的北端，采场长23m、宽15m、高50m，分3个分段，分段高17m。采场护顶按上述方案进行（见图 1）。

主要的施工方法：

（1）采用YQZ—90中深孔钻机凿岩，施工应严格按设计进行，保证锚索孔的施工质量。

（2）由于岩体稳固性较差，因此设计注浆施工应紧跟凿眼施工，一般注浆施工落后凿眼施工2~4排孔为宜。

（3）每个孔在注浆液前，必须用清水进行冲洗。在冲洗过程中，水流的速度和流量要适中，冲洗时间不宜长，以清洗完孔壁的泥浆为宜。

（4）采用手工的方式将锚索送进注浆孔内。锚索送入注浆孔前，应将锚索头部的几根钢丝弯成钩子状，并把一根直径为8mm的排气管绑在锚索头部，锚索长应超出注浆孔2m左右，送入时一同将注浆管送进孔内50mm。孔口用木塞将锚索塞紧，然后用水泥锚固剂将孔口以内50mm填满固紧。

（5）注浆采用QZB-24/6手提式气动注浆泵进行。注浆前将水泥制成浆液、并拌匀，注浆时，要求不断搅拌浆料，保证在注浆时浆料均匀。当排气管有明显的空气排出时，说明浆料快填满整个孔；当排气管出浆料时，说明孔内已注满浆料。此时应将排气管扎紧，继续注浆，使浆料在岩石中充分渗透，尽量扩大注液半径。待注浆机自动停止时，此时孔内阻力基本上等于注浆机提供的压力，这时可停止压风。过1~2min后，再重新开启压风，继续注浆。反复几次后，确认无法再注进浆液时，即可停止注浆。

（6）锚索安装完毕后，采用锚网和钢筋支架在锚索安装范围内进行整体支护，将露在孔外的锚索用钢丝绳卡紧锁在钢筋支架上，最后喷射混凝土，喷层厚为50mm，使之形成整体。如果围岩极为破碎，在支护范围内，用注浆机通过注浆锚杆进行二次注浆。注浆锚杆的结构可以根据具体情况自行设计研制，阿舍勒铜矿矿体顶板围岩裂隙发育，注浆锚杆采用直径42mm的无缝钢管制作，长2000mm，注浆段1300mm，锚固段630mm，注浆段钻有若干交叉射浆孔。在具体的施工中，注浆锚杆锚固段与钻孔岩壁间的密封程度，及锚固力的大小是锚注支护成功与否的关键。因此，密封材料既有短期能提供足够抵抗注浆压力的能力，又能具备施工方便、快捷条件。试验时采用水泥卷作为密封材料，效果良好。

采场支护方案在650中段17^#采场实施后，采场回采时顶板基本稳定，未发生大量的塌落，保证了采场回采各项工艺的顺利进行，取得了良好的效果。随后在25^#采场进行了推广，效果总体良好。除了局部因施工质量问题出现小范围塌落外，采场总体比较稳定，能满足生产要求。通过试验和推广应用，不断地总结经验，施工质量有了一定的提高，其支护效果也相具明显。

4 结语

采场直接顶板不稳固，尤其不稳固岩层厚度较大时，其采场在回采期的稳定，一直被认为是难于解决的问题。阿舍勒铜矿采场顶板支护现场试验及推广应用表明，采取多种技术联合支护的方式进行采场支护效果明显，能满足生产要求。但该方案存在二个相对突出的问题：成本较高，每吨矿石的采场支护成本达8~10元左右；工艺复杂，施工质量要求高和施工周期较长。因此建议在方案实施过程中，同时做好提高采场凿岩质量、控制一次爆破的药量和优化爆破顺序，以及加快采场的回采速度等方面的工作。