0 引言

阿舍勒铜矿位于新疆维吾尔自治区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，是一座2004年9月投产的中型地下矿山。目前开采对象为Ⅰ号矿体，采用竖井、斜坡道无轨联合开拓。在开采中，巷道工程施工出现掉块、片帮和冒顶等地压现象，尤其在构造较发育地带还出现了鼓底和严重冒落等情况，一定程度上影响了矿山的正常生产。为了加快矿山建设，保证施工的安全和正常生产，矿山与有关单位合作，开展了软弱岩体成巷的试验研究，取得了良好效果。

1 工程地质条件

阿舍勒铜矿床属于火山喷发—沉积成因的黄铁矿型铜、锌、硫多金属矿床，由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号三个矿体组成，其中Ⅰ号矿体为主矿体，其铜储量占矿床总储量的98%，其它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“鱼钩状”，水平断面为“镰刀状”。矿体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（正常翼）顶板以英安质沉凝灰岩、含砾沉凝灰岩为主，部分地段已硫铁化，并成为铜矿体的直接顶板，底板为玄武岩；西翼（倒转翼）矿体和两翼过渡带矿体的顶板以玄武岩为主，底板主要是英安质沉凝灰岩、含砾沉凝灰岩。在构造应力和地下水的作用下，矿体北部的顶板和南部底板各形成一条构造带；而两翼过渡带则形成了破碎带。

构造破碎带多为压扭性应力形成，具有多期性及继承性活动特征，使岩石多呈棱角状、碎裂状，节理面和裂隙带空隙中夹有泥质物；同时发育一系列压性结构面，形成的裂隙多为闭合型。结构面纵横分布，构造破碎带主要分布在矿体和围岩的接触带。由于蚀变形成的矿物大部分为绢云母、绿泥石，使蚀变带结构疏松，岩石片理发育，岩组破碎松散。

此类岩体的节理、片理非常发育，含水量相对较大，通常为碎块状、泥状，完整性较差，岩体强度低，变形量大，并具有一定的膨胀性。

2 成巷方案的确定 2.1 巷道围岩的变形特征及分析

在构造、裂隙发育带等软弱岩体的巷道施工中，围岩的变形特征主要有：沿节理面掉块、片帮和冒顶，个别含水量较大的地段会出现大面积的塌方和冒落。岩体几乎没有自撑能力，暴露时间短，暴露后随时都有可能变形和破坏，并且变形延续的时间长、范围大，成巷后，巷道断面收缩大，围岩有明显的膨胀，个别地段还出现了鼓底；几个月后，在局部容易产生裂缝和脱落现象，严重的会造成支护钢梁弯曲等情况。这类岩体单一采用刚性支护，即混凝土支护，或单一采用柔性支护，即喷锚网支护，效果均不明显，并且施工难于进行，即有的无法顺利进行施工，有的在成巷后失败。

经现场调查研究认为，巷道地压明显、围岩变形大的主要原因是由于岩体结构松软，岩石物理力学性能差而引起的，主要因素有：

（1）矿体的主要围岩凝灰岩、玄武岩均为可溶性岩体，遇水容易软。

（2）围岩构造发育，尤其在构造带中，节理、裂隙更为发育，孔隙率也相对较大，这些均为岩体进一步风化创造了条件。

（3）地下水的作用。

（4）矿体开采等因素的影响。

在上述因素的作用下，岩体加剧了风化，岩石的物理力学性质大大削弱，岩体的结构通常以碎块状、片状呈现，局部以泥状呈现，因而整体稳定性极差。

2.2 成巷方案

通过现场调查和相关的研究，确定成巷方案为：掘进采用“亚光面爆破”技术，支护以喷锚网和钢筋支架等联合支护为主，预注浆或补注浆及钢梁支护为辅的形式。相关的技术参数如下。

2.2.1 掘进施工的技术参数

“亚光面爆破”是介于普通爆破和光面爆破的爆破技术。本方案主要技术参数为：

孔径Φ=42mm

孔深L=1 500mm

周边眼距E=600~800mm

光爆层抵抗线W=（0.8~1）E

光爆孔起爆时间≤100ms

不耦合系数=1.5~2

装药密度Q=0.25~0.35kg/m

2.2.2 支护相关的技术参数

锚杆直径为45mm，长2.2m；网筋6~8mm，网度200mm× 200mm，钢筋支架主筋直径22mm，间距0.8~1m，砼厚80~100mm。钢梁采用不同型号的钢管或工字钢制作（具体视工程地质情况而定），间距为0.8~1.2m。

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。采用未污染的水，pH值在4~7.5间为宜。

预注浆时，注浆孔直径取60mm，孔深10~20m，孔间距3~5m；补浆时，对于规格为3.9m× 3.25m的巷道，每个断面布置3个注浆孔（左右帮各一个，顶部一个），注浆孔直径为43~ 45mm，孔深为2 500mm，排间距为4m。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）。

3 现场工业试验

方案确定后，选择在700中段767分段，2线附近的矿体下盘沿脉巷进行了现场工业试验。该区域为矿体下盘构造带的中心部位，节理、裂隙相当发育，岩体特别破碎，岩性条件非常差。同时在700中段下盘沿脉平巷的施工中，曾发生过塌方和冒顶的现象，平均冒顶高3~5m。由于下分段的塌方、冒顶，一定程度上扰动了周边的岩体，尤其是巷道上部围岩，区段工程地质条件较为特殊，具有代表性，因此确定为试验地点。

现场施工发现，揭露后的情况和事前分析的基本一样，岩体除了节理、片理非常发育以外，岩体的蚀变也相当严重，成巷条件很差。

开始施工，采用普通掘进和喷锚网加钢筋支架联合支护的成巷方案进行施工，在施工中发现，由于岩体的自撑能力小，暴露时间短，即使勉强成巷，事后巷道变形也较大；另外有些地段虽然不特别破碎，但由于岩体的含水量相对较大，具有膨胀性，并且岩层厚度大，成巷后巷道变形同样也较大。因此，在总结经验的基础上，提出了预注浆或补注浆等加固岩体的措施。对于构造带中心区域等空隙率较大的岩体，采取预注浆的方式，事先对岩体进行加固；对于岩体空隙率小，预注浆施工困难的区域，采取待成巷后，围岩发生一定的变形，在二次支护时进行注浆，即补注浆。通过现场试验，已摸索了一套成功的施工技术，其工艺方法为：

施工前，必须查清楚工程地质情况；具体施工时，构造带中心区域等孔隙较大的岩体，施工程序为：预注浆、安先行锚杆、打眼及亚光面爆破，喷锚网和钢筋支架支护，必要时再进行钢梁支护。其它区域的施工程序为：打眼及亚光面爆破、喷锚网和钢筋支架支护，必要时再进行钢梁支护、补注浆。其主要工艺方法为：

（1）巷道掘进施工过程中，要求做到各炮孔与巷道轴线平行，同一面炮眼的孔底应在同一个铅垂面上，周边眼所构成的曲面是一个平滑的曲面。对于特别软弱的岩体，可采取安装超前锚杆，超前锚杆采用直径45mm、长2.2m的钢管。主要在巷道顶部安装，间距为0.3~0.5m。爆破作业要求严格按设计进行。

（2）采用喷锚网、钢筋支架联合支护时，施工顺序为喷砼、安装锚杆挂网、上钢筋支架再喷砼。在砼的喷射施工中要求不出现裸喷和漏喷现象。喷射砼要求分二次进行，第一次喷射要求做到及时，在爆破通风后，出掉部分矿碴就进行，喷层厚为设计厚度的一半，第二次喷射在进行其它支护后进行，要求喷层面光滑平缓，不出现凹凸不平现象。对于性能特差的岩体，支护施工可采取安锚杆、挂网、上花拱架、喷砼的施工顺序。对于局部暴露时间特别短的岩体，可采取立即进行钢梁支护，然后再进行其它支护。

（3）注浆施工，考虑岩体较为松软，为便于施工，可利用空心锚杆兼作注浆管，简称“注浆锚杆”。注浆锚杆前段是带有若干个射浆眼的注浆段，后段是锚固段。采用锚杆与注浆相结合，可以大大地提高软弱岩体巷道支护的效果。

注浆施工时，影响注浆效果的因素主要有：注浆孔深度、注浆锚杆结构、注浆材料及压力、注浆孔布置及施工操作等。

注浆孔深度：注浆孔的深度直接影响加固岩体范围的大小，确定合理注浆孔深度是锚注技术的关键之一。试验表明，对于补注浆施工，当注浆孔深超过1.5m时，底鼓量就小于顶板下沉量，可有效地控制巷道底鼓；当注浆孔深度在2~ 3m时，围岩位移量明显减少；如果再增加注浆孔深，虽围岩位移量仍有所减少，但减少幅度不大。因此注浆孔深度以2.5m左右最合适。

注浆锚杆结构：注浆锚杆的结构根据支护巷道的具体情况而定。阿舍勒铜矿矿体围岩裂隙较发育，注浆锚杆采用直径42mm的无缝钢管制作，长为2 000mm，注浆段1 300mm，锚固段630mm，注浆段钻有若干交叉射浆眼。在施工中，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，密封材料既须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，我们采用水泥卷作为密封材料，效果良好。

注浆材料及压力：注浆材料主要是水泥、少量的硬质细砂和水。注浆液的水灰比为0.45: 1.25，注浆压力约5.0MPa。具体施工时，注浆压力要根据现场的具体情况而定，压力过小，浆液难以向围岩中渗透，达不到预期注浆效果；若注浆压力过大，由于岩体松软可能导致在注浆过程中巷道冒顶或片帮。实践表明，对于孔隙率较大的区域可加入少许的硬质细砂，水灰比也可减小，这样可以增大注浆层的强度。对于孔隙率较小、注浆困难和可溶性岩体，注浆的压力可适当大些，浆料也可适当稀一点，这样可以增大浆液在岩体中的渗透力，取得更好的较果。

注浆孔布置：为了注浆时不出现死角，保证注浆效果，注浆孔的间、排距一般取注浆扩散半径的1.67倍。从现场试验获得，巷道注浆扩散半径平均为2.5m，由此确定，注浆孔深度为2.5m，排间距为4m；对于规格为3.9m× 3.25m的巷道，每个断面布置3个注浆孔，左右帮各一个，顶部一个较为合适。

注浆施工：采用QZB-24/6手提式气动注浆泵进行注浆。注浆前将水泥浆拌匀，注浆时，要求不断搅拌浆料，确保浆料均匀。当排气管有明显的空气排出时，说明浆料快填满整个孔了；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，尽量增大浆液的扩散半径，待注浆机停止时（此时孔内阻力等于注浆机提供的压力），关掉压风。稍停1~2min，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。

现场施工结束后，我们进行了现场观测调查，情况表明，围岩变形小，巷道稳定，效果明显，成本较原矿山成巷降低约21%~25%，试验取得了成功。

4 结语

试验表明，阿舍勒铜矿软弱岩体成巷，掘进采用“亚光面爆破”（介于光面爆破与普通爆破）技术，支护以喷锚网和钢筋支架等联合支护为主，预注浆或补注浆及钢梁支护为辅的方案是有效的，试验取得了成功。其成果在矿山得到了全面推广，获得了良好经济效益和社会效益。通过现场试验工作，使我们更进一步地认识到了软弱岩体的变形特点，积累了其成巷施工经验；尤其对于孔隙率小和可溶性岩体，即在预注浆困难的情况下，成巷后待围岩发生了一定变形时，再进行补注浆的方法效果特别明显，也是本次试验研究的一项创新，具有较高的推广价值。