磷礦山深部巷道支護(hù)應(yīng)用技術(shù)研究

李文成,王建華,姚 華,許 杰,張 壽,劉志義

(1.貴州開磷集團(tuán)礦業(yè)總公司, 貴州貴陽(yáng) 550302;2.鹽田港集團(tuán)有限公司, 廣東深圳市 518081;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

磷礦山深部巷道支護(hù)應(yīng)用技術(shù)研究

李文成1,王建華2,姚 華1,許 杰3,張 壽1,劉志義3

(1.貴州開磷集團(tuán)礦業(yè)總公司, 貴州貴陽(yáng) 550302;2.鹽田港集團(tuán)有限公司, 廣東深圳市 518081;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長(zhǎng)沙 410083)

隨著巷道埋深加大,巷道圍巖應(yīng)力逐漸增加,馬路坪礦大部分巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形和破壞。根據(jù)三心拱巷道受地應(yīng)力作用應(yīng)力集中的位置主要在頂、肩、底角,通過(guò)采用吸能錨桿及其與普通錨桿混合支護(hù)方式,解決了支護(hù)難題。

深部巷道;吸能錨桿;支護(hù)方式

馬路坪礦原支護(hù)設(shè)計(jì)中,樹脂錨桿的支護(hù)效果并不理想。隨著開采向縱深發(fā)展以及巷道服務(wù)年限的變長(zhǎng),原有的支護(hù)方案并不能實(shí)現(xiàn)大巷圍巖的穩(wěn)定,每 2～3 a就需要翻修 1次,花費(fèi)了大量的人力和物力,同時(shí)運(yùn)輸大巷是礦井的運(yùn)輸咽喉要道,翻修嚴(yán)重影響了礦井的正常安全生產(chǎn)。隨著巷道埋深加大,巷道圍巖應(yīng)力逐漸增加,巷道支護(hù)中所暴露的問(wèn)題越來(lái)越突出,大部分巷道出現(xiàn)了嚴(yán)重的變形和破壞,如片幫、冒落、坍塌、底臌等。根據(jù)馬路坪礦三心拱巷道受地應(yīng)力作用表現(xiàn)出的切向應(yīng)力集中的位置主要在頂、肩、底角,有必要研究新型的支護(hù)方式。

1 吸能錨桿

針對(duì)深部巷道支護(hù)的難題,提出并設(shè)計(jì)出一種吸能錨桿,該錨桿能夠適應(yīng)高應(yīng)力大變形巖體,不僅具有和剛性螺紋錨桿一樣較高的承載能力,同時(shí)還能夠在其破壞失效前提供像管縫式錨桿一樣的較大的變形能力,并隨著高應(yīng)力軟巖釋放塑性能時(shí)有限制地隨巖體發(fā)生協(xié)調(diào)變形,同時(shí)吸收和存儲(chǔ)部分變形能量,最大限度地減小能量釋放所產(chǎn)生的危害。實(shí)物如圖1 所示。

圖1 吸能錨桿

2 支護(hù)效果對(duì)比

原支護(hù)方案與改進(jìn)后的方案對(duì)比見表1。為檢驗(yàn)方案二的支護(hù)效果,并且與方案一進(jìn)行比較,在 2個(gè)方案的地點(diǎn)進(jìn)行為期 3個(gè)月的圍巖變形量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)采用 S WJ- IV型隧道收斂計(jì),斷面測(cè)點(diǎn)采用三角形布置,分別在拱頂中央、距底板 1.5 m處的兩側(cè)側(cè)壁上、底板中央布置測(cè)量點(diǎn),如圖2所示,測(cè)量頂兩幫的收斂量、頂板的下沉量以及底板的臌起量。測(cè)量頻度為巷道剛開挖或支護(hù)后 1個(gè)月內(nèi),每天測(cè)量 1次;第 2個(gè)月內(nèi),每 2天測(cè)量 1次;第 3個(gè)月內(nèi),每周測(cè)量 1次,直至位移不變化或變化很小。2種支護(hù)方案圍巖變形情況對(duì)比見表2。

表1 新舊支護(hù)方案對(duì)比

圖2 全斷面觀測(cè)點(diǎn)布置

表2 各支護(hù)方案圍巖 3個(gè)月內(nèi)收斂變形情況對(duì)比

由表2可以看出,方案二比方案一在控制巷道變形方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。兩幫收斂量下降了45.5%,頂?shù)资諗苛肯陆盗?45.6%,其中底臌量下降了 57.5%。由方案二中的底臌量所占的比例比方案一中的大,可以推斷吸能錨桿在控制頂板變形方面更有作用。可以肯定的是,使用了吸能錨桿后,大大提高了巷道的穩(wěn)定性。這主要是由于吸能錨桿能提供較大的變形量,能隨著圍巖變形而發(fā)生一定量的變形,使圍巖自身的承載力得到最大的發(fā)揮,同時(shí)也能對(duì)巷道圍巖提供較強(qiáng)的支護(hù)阻力。方案二支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 新型巷道支護(hù)方式設(shè)計(jì)

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn),將原有支護(hù)方案和改進(jìn)的支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比。通過(guò) 3個(gè)月的圍巖變形量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),可以得知采用改進(jìn)的支護(hù)方案的巷道兩幫收斂量下降了 45.5%,頂?shù)资諗苛肯陆盗?45.6%,其中底臌量下降了 57.5%,大大提高了巷道的穩(wěn)定性,解決了一直困擾礦山的支護(hù)難題。

[1] 陳坤福.深部巷道圍巖破裂演化過(guò)程及其控制機(jī)理研究與應(yīng)用[D].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2009.

[2] 何滿潮,謝和平,彭蘇萍,等.深部開采巖體力學(xué)研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005,24(16):2803-2813.

[3] Hoek E.Brown E T.Underground Excavation in Rock[M].The Institution of Mining and Metallurgy,1980.

[4] 王其勝.深部軟巖巷道礦壓特征與支護(hù)技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2008.

[5] 鹿守敏,宋宏偉.巷道支護(hù)松動(dòng)圈圍巖分類方法[J].光爆錨噴通訊,1991,8(3):21-25.

[6] 尹光志,王 登,張東明.高應(yīng)力軟巖下礦井巷道支護(hù) [J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,30(10):87-91.

2011-08-10)

李文成(1963-),男,貴州貴陽(yáng)人,高級(jí)工程師,主要從事采礦方法、礦山地壓和巷道掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)研究。