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【摘要】中竂老挝万象年产65万吨钾盐矿工程，属云天化在国外投资的第一个地下开采矿山项目，该矿为光卤石矿，由于没有这类矿山的地下开采经验借鉴，设计单位在设计支护形式上采用了常规保守的钢筋砼支护形式，因此，加大了工程造价和增加了工程建设工期。为节约工程投资成本和加快工程建设速度，工程施工建设中，建设单位和施工单位共同研究探索巷道支护新方法，通过与中国矿业大学合作，对工程支护方式进行了优化，因地制宜采用“松动圈理论支护巷道”（锚、网、喷）方法，优化后的支护方法不但在技术上安全可靠，加快了工程进度，并且还在经济效益上也取得了明显的经济成果，同时也提高了中國企业在老挝政府心目中的国际形象和地位。
【关键词】钾盐矿；锚网喷；松协圈理论
1、前言
中竂老挝钾盐矿工程采用竖井、平硐开拓，井下三个中段的巷道工程全长累计达到5800多米。由于钾盐矿属缓倾斜厚大矿体，大多数巷道工程均布置在光卤石矿体中或含光卤石矿的泥质页岩中，矿体和围岩的f系数值为3-4，属软岩类矿岩，巷道开挖后易产生跨塌和冒顶现象，由于工程地处老挝万象平原，且围岩和矿体有蠕变现象，巷道围岩的水平和竖向压应力较大，采用钢筋砼支护成型后的巷道会被挤压破坏产生裂纹现象，按照“以柔克刚”的“松动圈”支护思想理念，采用锚网喷“柔”的支护形式克服了钾盐矿和围岩“刚”的强大地应力，从而顺利圆满完成了工程建设任务。
2、施工方法特点
钾盐矿和其含盐的围岩有较强的吸水性，有“遇水软化”特点和对金属较强的腐蚀性的特点，金属矿山和非金属矿山常规采用的锚、网、喷支护方法在钾盐矿不能全套照搬，本工程采用饱和盐液打锚杆眼、玻璃钢锚杆加树脂药卷和一喷一挂再次射砼的支护方法施工，从而克服了锚杆孔被水溶大降低锚固力、金属锚杆和金属网被盐腐蚀的难题，从而确保了工程支护安全性和工程建设工期。
3、工艺原理
巷道围岩松动圈是指在巷道或隧道开掘后，巷道周边围岩应力平衡被打破后要重新分布，巷道周边应力由三向应力状态转变成二向应力状态，径向力为0，由巷道周边向巷道围岩深部逐渐过渡到原岩状态（见图1），在围岩应力重新分布过程中，当围岩应力超过围岩强度后将在围岩中产生一组新的裂缝，其分布形状类似圆形或椭圆形，当围岩为不均质时将呈异形，将这一范围内的岩石定义为围岩松动圈，围岩松动圈的力学特性表现为应力降低，大量的现场实测表明，巷道围岩中普遍存在松动圈，围岩真正处于弹性状态的巷道很少，巷道围岩松动圈支护理论认为，岩石破碎形成松动圈过程中产生的碎胀变形的碎胀力是产生支护荷载的最主要因素，是支护主要对象较早的支护理论（普氏、泰沙基等）认为支护的对象是塌落拱内的岩石质量，现代岩石力学中的弹塑性理论则认为，围岩的弹塑性变形是支护的松动圈以外是塑性极限平衡区及弹性区。
喷锚网支护理论根据破碎岩层厚度而选用不同的方法，一般为悬吊支护、组合拱支护。破碎岩层（松动圈）的厚度测量为支护参数选择主要依据，破碎带遇到应力集中或是遇到有水时均需要对支护参数进行一定放大。
松动圈一般采用钻孔窥视仪、地质雷达等设备进行测量。松动圈大小以及支护参数的选择。见表1
根据现场钻孔情况观察后得出围岩中松动圈为第Ⅲ类围岩，支护形式采用1.8m长×φ16mm玻璃钢锚杆、2335树脂药卷、局部巷道挂φ4mm金属网片即可，喷射砼厚度100mm-120mm，巷道遇有水地段可以采用局部注浆或工作面预注浆后再进行锚网喷支护。
4、施工工艺及施工流程图
在进行喷锚支护时根据围岩的情况支护顺序可分为先喷后锚、先锚后喷。
先锚后喷：在巷道施工中见局部破碎且没有出现掉落石块现象可采用。
先喷后锚：在巷道施工中见顶板出现连续掉落或间断掉落渣子时采用（大石块连续掉落不能使用该方法）。
锚杆孔施工完毕将网片铺设在岩面并及时将锚杆打入岩层中，达到主动支护的效果。
施工流程图见图2。
5、劳动组织及机械材料配置
①采用“三、八”制工作方式，即：每天三个班、每个班工作8小时
②支护设备及材料计划
6、质量控制
6.1锚杆安装质量控制
（1）锚杆使用的原材料进场要有质量合格证，检验项目及检验指标必须符合验标要求。
（2）锚杆孔径、孔深、孔距和锚杆插入长度要符合设计和规定要求。
（3）锚杆类型、布置形式及安装数量，符合设计要求。锚杆钻孔保持直线，并与其所在部位的岩层主要结构面垂直。
（4）锚杆制作安装作业时要按如下步骤进行检查：
1）锚杆的长度、规格应符合设计和规范要求。
2）锚杆孔在钻孔前应按设计要求的环向、纵向间距，按梅花型布置定出孔位，孔距允许误差为±150mm。锚杆孔深允许偏差为±50mm。
3）钻孔方向应与巷道轮廓面垂直；孔径、孔深应与锚杆的直径、长度相匹配。
4）锚杆的安装作业应在巷道开挖后及时进行，锚杆的插入长度不小于设计长度，并必须加垫板，垫板应与岩面紧贴。
6.2喷射混凝土质量控制
（1）主要支护采用符合设计要求。
（2）混凝土配合比符合设计要求。
（3）喷射过程中注意事项
a、喷前应用高压风或高压水清洗岩面，将附着在岩面上的粉尘、砼屑冲洗干净，以保证砼与岩面粘结牢固。若用高压水清洗会引起岩面软化时，只能用高压风清扫岩面杂物（视地质情况而定）。
b、严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀；
c、喷射机工作风压一般控制在0.2-0.4MPa；
d、喷射手严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或滑移流淌现象； e、喷嘴的方向应与受喷岩面垂直，喷嘴与受喷岩面距离保持在0.6=1.0米范围；
f、喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，让砼“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围；
g、喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱；
h、一次喷射厚度一般拱部为2～3cm，边墙为3～4cm，也可根据实际情况调整；
i、凹凸不平时应先将凹处喷平，按正常顺序喷射，以减少回弹；
j、有钢筋网时，宜使喷嘴靠近钢筋，喷射角度也可适当偏一些，喷射砼应覆盖钢筋；
k、有钢架时，钢架与围岩间隙必须以喷射砼充填密实，喷射砼应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射；
l、喷完或间歇时，喷嘴应向低处放置，一工班结束，要拆开喷头，取出水环，用水清洗干净，疏通水眼，以备下一班使用。喷完后，喷射机具均应清洗、保养，以保证机具处于完好状态。
7、施工中出现问题及处理
①喷射机的合理使用
启动喷射机时，应先送风再开机，并应在机械运转正常后送料，供料均匀连续。作业结束时，先停止送料，待罐内余料喷完，再停机，然后关风。停止喷射作业后，喷射机和输料管内的积料应及时清除干净，以避免混合料结块堵管。
②输料管堵塞问题
堵管的一般原因不外乎以下几种：
a、混合料中混入超规定粒径的石子、水泥硬块或其它杂物。
b、操作程序有误，如先开马达后送风，或砂子含水率过高，操作阀错开，致使高压风大量泄出，使工作室内风压急剧下降，也会引韦输料管堵塞。
c、如遇堵客，应立即关闭马达，随后关闭风源，并将软管拉直，然后 以手锤敲击找到堵塞位置，可将风压开到0.3～0.4MPa，同时继续敲击堵塞部位，使其排除堵塞物而畅通。排除堵管现象时，应注意喷嘴前方严禁站人，以免发生伤人事故。
③回弹问题
影响回弹率的各种因素有：混合料配合比、水灰比、砂子含水率、工作风压、水压、喷射距离、喷射角度、操作方法及熟练程度等。针对各种因素，采取相应的措施降低回弹率。《规则》规定正常情况下的回弹率，一般拱部为20～30%，边墙为10～20%。
④粉尘问题
a、控制砂石料含水率：当含水率控制在5～7%时，作业时的粉尘浓度可控制在15mg/m3以下；
b、加强通风；
c、加长拢料管：即在喷嘴水环到出口之间接一段0.5～1m长的管子，使干料与水混合后有一个充分湿润和混合的过程，这对降尘和提高砼质量都较为有利。
d、严格控制工作风压：风压过高，进料速度过快，在喷头处加水不容易均匀，风压过高不仅增加回弹量，而且也会提高粉尘浓度。
⑤安全及劳动保护：
施工中注意喷嘴不准对人，以免喷射伤人，喷射前先进行清理浮石、危石等必要的排险作业；喷射机一定要安放在围岩稳定或已衬砌地段。
喷射砼施工人员必须佩戴防尘口罩等，操作喷头和注浆管的工人应佩戴防护眼罩，夹胶工作服、长筒乳胶手套等。
8、安全技术措施
锚喷施工中，全员参与安全文明施工。
8.1锚杆施工安全措施
1、锚杆作业中，要密切注意观察围岩或喷射砼的剥落、坍塌。清理浮石要彻底，施工中，要及早发现危险征兆，及时处理。
2、杆种类、锚固方式、角度要选择得当，严禁改变管缝锚杆直径以达到快速施工，管缝锚杆锚固力不足，导致錨杆脱落而造成事故，因此要指定专人负责，定期检查锚杆抗拔力。
8.2喷射混凝土安全措施
1、喷射前要检查作业地段的围岩稳固情况，并进行清理浮石、危石等必要的排险作业。
2、喷射机要安放在围岩稳定或已衬砌地段内，同时喷射作业地段应加强照明和通风。
3、喷射时严格掌握好风量、水压，加强综合防尘措施。
4、注意喷头嘴不准对人，以免射伤人。
9、技术经济比较
钾盐矿工程采用松动圈理论（锚网喷）支护方法，确决了钾盐矿软矿体和软围岩无法用钢性砼支护的难题，加快了工程施工建设速度，降低了工程造价（降低幅度在20%-30%）。技术经济比较情况如下：
9.1工程技术参数
9.2经济、耗时比较
经过现场对锚喷和钢筋砼支护每米单价和耗时的比较可以看出采用喷锚支护的优势。
通过喷锚网支护与钢筋砼整体浇灌支护相比较可以显示，松动圈理论（锚网喷支护）不仅在经济上有明显的优势，经济效益提高30%，而且在工程支护进度上也有明显的优势，支护速度加快50%。
【关键词】钾盐矿；锚网喷；松协圈理论
1、前言
中竂老挝钾盐矿工程采用竖井、平硐开拓，井下三个中段的巷道工程全长累计达到5800多米。由于钾盐矿属缓倾斜厚大矿体，大多数巷道工程均布置在光卤石矿体中或含光卤石矿的泥质页岩中，矿体和围岩的f系数值为3-4，属软岩类矿岩，巷道开挖后易产生跨塌和冒顶现象，由于工程地处老挝万象平原，且围岩和矿体有蠕变现象，巷道围岩的水平和竖向压应力较大，采用钢筋砼支护成型后的巷道会被挤压破坏产生裂纹现象，按照“以柔克刚”的“松动圈”支护思想理念，采用锚网喷“柔”的支护形式克服了钾盐矿和围岩“刚”的强大地应力，从而顺利圆满完成了工程建设任务。
2、施工方法特点
钾盐矿和其含盐的围岩有较强的吸水性，有“遇水软化”特点和对金属较强的腐蚀性的特点，金属矿山和非金属矿山常规采用的锚、网、喷支护方法在钾盐矿不能全套照搬，本工程采用饱和盐液打锚杆眼、玻璃钢锚杆加树脂药卷和一喷一挂再次射砼的支护方法施工，从而克服了锚杆孔被水溶大降低锚固力、金属锚杆和金属网被盐腐蚀的难题，从而确保了工程支护安全性和工程建设工期。
3、工艺原理
巷道围岩松动圈是指在巷道或隧道开掘后，巷道周边围岩应力平衡被打破后要重新分布，巷道周边应力由三向应力状态转变成二向应力状态，径向力为0，由巷道周边向巷道围岩深部逐渐过渡到原岩状态（见图1），在围岩应力重新分布过程中，当围岩应力超过围岩强度后将在围岩中产生一组新的裂缝，其分布形状类似圆形或椭圆形，当围岩为不均质时将呈异形，将这一范围内的岩石定义为围岩松动圈，围岩松动圈的力学特性表现为应力降低，大量的现场实测表明，巷道围岩中普遍存在松动圈，围岩真正处于弹性状态的巷道很少，巷道围岩松动圈支护理论认为，岩石破碎形成松动圈过程中产生的碎胀变形的碎胀力是产生支护荷载的最主要因素，是支护主要对象较早的支护理论（普氏、泰沙基等）认为支护的对象是塌落拱内的岩石质量，现代岩石力学中的弹塑性理论则认为，围岩的弹塑性变形是支护的松动圈以外是塑性极限平衡区及弹性区。
喷锚网支护理论根据破碎岩层厚度而选用不同的方法，一般为悬吊支护、组合拱支护。破碎岩层（松动圈）的厚度测量为支护参数选择主要依据，破碎带遇到应力集中或是遇到有水时均需要对支护参数进行一定放大。
松动圈一般采用钻孔窥视仪、地质雷达等设备进行测量。松动圈大小以及支护参数的选择。见表1
根据现场钻孔情况观察后得出围岩中松动圈为第Ⅲ类围岩，支护形式采用1.8m长×φ16mm玻璃钢锚杆、2335树脂药卷、局部巷道挂φ4mm金属网片即可，喷射砼厚度100mm-120mm，巷道遇有水地段可以采用局部注浆或工作面预注浆后再进行锚网喷支护。
4、施工工艺及施工流程图
在进行喷锚支护时根据围岩的情况支护顺序可分为先喷后锚、先锚后喷。
先锚后喷：在巷道施工中见局部破碎且没有出现掉落石块现象可采用。
先喷后锚：在巷道施工中见顶板出现连续掉落或间断掉落渣子时采用（大石块连续掉落不能使用该方法）。
锚杆孔施工完毕将网片铺设在岩面并及时将锚杆打入岩层中，达到主动支护的效果。
施工流程图见图2。
5、劳动组织及机械材料配置
①采用“三、八”制工作方式，即：每天三个班、每个班工作8小时
②支护设备及材料计划
6、质量控制
6.1锚杆安装质量控制
（1）锚杆使用的原材料进场要有质量合格证，检验项目及检验指标必须符合验标要求。
（2）锚杆孔径、孔深、孔距和锚杆插入长度要符合设计和规定要求。
（3）锚杆类型、布置形式及安装数量，符合设计要求。锚杆钻孔保持直线，并与其所在部位的岩层主要结构面垂直。
（4）锚杆制作安装作业时要按如下步骤进行检查：
1）锚杆的长度、规格应符合设计和规范要求。
2）锚杆孔在钻孔前应按设计要求的环向、纵向间距，按梅花型布置定出孔位，孔距允许误差为±150mm。锚杆孔深允许偏差为±50mm。
3）钻孔方向应与巷道轮廓面垂直；孔径、孔深应与锚杆的直径、长度相匹配。
4）锚杆的安装作业应在巷道开挖后及时进行，锚杆的插入长度不小于设计长度，并必须加垫板，垫板应与岩面紧贴。
6.2喷射混凝土质量控制
（1）主要支护采用符合设计要求。
（2）混凝土配合比符合设计要求。
（3）喷射过程中注意事项
a、喷前应用高压风或高压水清洗岩面，将附着在岩面上的粉尘、砼屑冲洗干净，以保证砼与岩面粘结牢固。若用高压水清洗会引起岩面软化时，只能用高压风清扫岩面杂物（视地质情况而定）。
b、严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀；
c、喷射机工作风压一般控制在0.2-0.4MPa；
d、喷射手严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或滑移流淌现象； e、喷嘴的方向应与受喷岩面垂直，喷嘴与受喷岩面距离保持在0.6=1.0米范围；
f、喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，让砼“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围；
g、喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱；
h、一次喷射厚度一般拱部为2～3cm，边墙为3～4cm，也可根据实际情况调整；
i、凹凸不平时应先将凹处喷平，按正常顺序喷射，以减少回弹；
j、有钢筋网时，宜使喷嘴靠近钢筋，喷射角度也可适当偏一些，喷射砼应覆盖钢筋；
k、有钢架时，钢架与围岩间隙必须以喷射砼充填密实，喷射砼应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射；
l、喷完或间歇时，喷嘴应向低处放置，一工班结束，要拆开喷头，取出水环，用水清洗干净，疏通水眼，以备下一班使用。喷完后，喷射机具均应清洗、保养，以保证机具处于完好状态。
7、施工中出现问题及处理
①喷射机的合理使用
启动喷射机时，应先送风再开机，并应在机械运转正常后送料，供料均匀连续。作业结束时，先停止送料，待罐内余料喷完，再停机，然后关风。停止喷射作业后，喷射机和输料管内的积料应及时清除干净，以避免混合料结块堵管。
②输料管堵塞问题
堵管的一般原因不外乎以下几种：
a、混合料中混入超规定粒径的石子、水泥硬块或其它杂物。
b、操作程序有误，如先开马达后送风，或砂子含水率过高，操作阀错开，致使高压风大量泄出，使工作室内风压急剧下降，也会引韦输料管堵塞。
c、如遇堵客，应立即关闭马达，随后关闭风源，并将软管拉直，然后 以手锤敲击找到堵塞位置，可将风压开到0.3～0.4MPa，同时继续敲击堵塞部位，使其排除堵塞物而畅通。排除堵管现象时，应注意喷嘴前方严禁站人，以免发生伤人事故。
③回弹问题
影响回弹率的各种因素有：混合料配合比、水灰比、砂子含水率、工作风压、水压、喷射距离、喷射角度、操作方法及熟练程度等。针对各种因素，采取相应的措施降低回弹率。《规则》规定正常情况下的回弹率，一般拱部为20～30%，边墙为10～20%。
④粉尘问题
a、控制砂石料含水率：当含水率控制在5～7%时，作业时的粉尘浓度可控制在15mg/m3以下；
b、加强通风；
c、加长拢料管：即在喷嘴水环到出口之间接一段0.5～1m长的管子，使干料与水混合后有一个充分湿润和混合的过程，这对降尘和提高砼质量都较为有利。
d、严格控制工作风压：风压过高，进料速度过快，在喷头处加水不容易均匀，风压过高不仅增加回弹量，而且也会提高粉尘浓度。
⑤安全及劳动保护：
施工中注意喷嘴不准对人，以免喷射伤人，喷射前先进行清理浮石、危石等必要的排险作业；喷射机一定要安放在围岩稳定或已衬砌地段。
喷射砼施工人员必须佩戴防尘口罩等，操作喷头和注浆管的工人应佩戴防护眼罩，夹胶工作服、长筒乳胶手套等。
8、安全技术措施
锚喷施工中，全员参与安全文明施工。
8.1锚杆施工安全措施
1、锚杆作业中，要密切注意观察围岩或喷射砼的剥落、坍塌。清理浮石要彻底，施工中，要及早发现危险征兆，及时处理。
2、杆种类、锚固方式、角度要选择得当，严禁改变管缝锚杆直径以达到快速施工，管缝锚杆锚固力不足，导致錨杆脱落而造成事故，因此要指定专人负责，定期检查锚杆抗拔力。
8.2喷射混凝土安全措施
1、喷射前要检查作业地段的围岩稳固情况，并进行清理浮石、危石等必要的排险作业。
2、喷射机要安放在围岩稳定或已衬砌地段内，同时喷射作业地段应加强照明和通风。
3、喷射时严格掌握好风量、水压，加强综合防尘措施。
4、注意喷头嘴不准对人，以免射伤人。
9、技术经济比较
钾盐矿工程采用松动圈理论（锚网喷）支护方法，确决了钾盐矿软矿体和软围岩无法用钢性砼支护的难题，加快了工程施工建设速度，降低了工程造价（降低幅度在20%-30%）。技术经济比较情况如下：
9.1工程技术参数
9.2经济、耗时比较
经过现场对锚喷和钢筋砼支护每米单价和耗时的比较可以看出采用喷锚支护的优势。
通过喷锚网支护与钢筋砼整体浇灌支护相比较可以显示，松动圈理论（锚网喷支护）不仅在经济上有明显的优势，经济效益提高30%，而且在工程支护进度上也有明显的优势，支护速度加快50%。