巷道支護技術在采礦作業的研究與應用

魯開金　黃維　趙洋

（山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦山東萊州271100）

巷道支護技術在采礦作業的研究與應用

魯開金黃維趙洋

（山東黃金礦業（萊州）有限公司三山島金礦山東萊州271100）

本文介紹了巷道支護現有的類型,進一步分析了巷道支護與圍巖的相互作用關系,對目前主要的巷道支護理論進行深入的了評價。著重介紹了錨桿支護成套技術,包括地質力學測試、錨桿支護設計、支護材料、施工機具與工藝等。通過極軟巖巷道分析,介紹了錨桿支護的應用效果。實踐表明:錨桿支護已經成現在巷道技術、安全高效的主要支護方式,顯著提高了巷道支護效果,保證了采金工作面的安全、快速推進,促進了金礦產量的大幅度增長。

黃金采礦巷道支護錨桿支護成套技術

1　巷道支護形式

根據支護對圍巖的作用方式可將金礦巷道支護分為5類。

1.1砌碹支護

砌碹支護是應用很早的支護方式，目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護材料可分為：料石、混凝土砌塊、現澆混凝土、現澆鋼筋混凝土等。但是,砌碹支護屬于剛性被動支護,不僅支護成本高、施工速度慢,勞動強度大,而且不能適應圍巖大變形。除特殊巷道和硐室，一般不宜采用。

1.2棚式支架

棚式支護曾經是金礦巷道的主要支護方式,在20世紀90年代初,這種支護所占的比重高達80%以上。按支護材料可分為木支架、鋼筋混凝土支架及金屬支架，其中木支架與鋼筋混凝土支架已經逐步被淘汰。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架;按支架材料分為工字鋼、U型鋼及其它;按斷面分為梯形、拱形、圓形、環形。但是,棚式支架也屬于被動支護,支架與巷道表面很難密切接觸,控制圍巖早期變形的能力差,在復雜困難條件下支護效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年減少，被錨桿支護逐漸替代。

1.3錨噴支護

我國金礦于1956年開始在巖巷中使用錨噴支護，至今已有50多年的歷史。噴射混凝土可及時封閉巷道周邊，實施密貼支護，減少水、風對圍巖強度的影響。錨桿可及時支護圍巖,起到主動加固作用,充分發揮圍巖的自承能力。經過多年來連續不斷的研究、試驗與推廣應用，錨噴支護技術無論在支護理論、支護設計,還是支護材料、施工機具與工藝、質量檢測與礦壓監測方面都取得了長足發展。錨噴支護僅成為巖巷首選的、性能優越的支護形式，而且錨桿支護也成為金巷的主體支護方式[3]。

1.4注漿加固

在破碎金巖體中開掘或維修巷道，采用棚式支護或錨桿支護很難取得較好的支護效果，圍巖注漿加固是一條有效途徑。注漿漿液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結，改善圍巖結構，增加圍巖自身承載能力。目前注漿材料主要有兩大類型:水泥基材料和高分子材料，可根據巷道地質與生產條件選取。

1.5復合支護

復合支護是采用兩種或兩種以上的支護方式聯合支護巷道如果能充分發揮每種支護方式的支護性能,做到優勢互補,復合支護會有更好的支護效果和更廣泛的適用范圍。復合支護雖然適用范圍廣,但支護費用高,成巷速度慢,支護形式選擇不匹配時,往往造成各個擊破的情況[4]。應針對巷道具體條件,選擇合理的復合支護形式,才能達到預期效果。

2　金礦巷道支護理論

我國學者在巷道支護理論方面做了大量工作,提出多種支護理論,并在生產實踐中起到積極的指導作用。以下簡單介紹幾種理論。

2.1新奧法支護理論

結合金礦行業自身特點,對新奧法支護理論進行了較好的完善和發展,形成以下支護原則:采用光面爆破;采用早強噴射混凝土及時封閉巷道周邊,實施密貼支護;采用錨噴支護,主動加固圍巖,提高其自承能力,在圍巖內形成承載圈;實施二次支護;對破碎圍巖實施注漿加固;實施動態設計和動態施工等。

2.2聯合支護理論

聯合支護理論認為:對于復雜困難巷道,只提高支護體剛度難以有效控制圍巖變形,要先柔后剛,先讓后抗,柔讓適度,穩定支護。聯合支護理論在困難巷道中得到比較廣泛的應用,但隨著圍巖條件越來越差,該理論受到了挑戰。有些巷道采用聯合支護并不理想,需要多次維修和翻修,圍巖變形一直不能穩定。

2.3松動圈支護理論

圍巖松動圈支護理論認為:巷道開挖后一般會出現松動圈，圍巖最大變形載荷是松動圈產生過程中的碎脹變形,圍巖破裂過程中巖石碎脹變形是支護對象。松動圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護也越困難。根據松動圈的大小進行了圍巖分類，并提出了相應的支護形式。

2.4圍巖強度強化理論

研究學者提出巷道錨桿支護圍巖強度強化理論，認為錨桿支護可提高錨固體的力學參數,改善被錨巖體的力學性能，錨固區域巖體的峰值強度、峰后強度及殘余強度均能得到強化，錨桿支護可改變圍巖應力狀態，增加圍壓，提高圍巖承載能力。

3　錨桿支護技術的發展

3.1巷道圍巖地質力學測試技術

針對圍巖三要素:應力、強度及結構,金礦科學研究總院開采設計研究分院開發出金礦井下金巖體地質力學快速測試系統,包括小孔徑水壓致裂地應力測量裝置,鉆孔觸探法強度測定裝置及礦用電子鉆孔窺視儀。

3.2錨桿支護設計方法

隨著對巷道圍巖地質條件復雜性與多變性的深入了解,以及數值計算在采礦工程中的快速發展與應用,動態性、系統性、信息化的設計方法，即動態信息設計法得到普遍認可與應用。支護設計不是一次完成的,而是一個動態過程；初始設計采用數值模擬方法,通過多方案比較確定合理的設計參數;設計充分利用每個過程中提供的信息,實時進行信息收集、分析與信息反饋。

4　結束語

金礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的發展過程。實踐證明,錨桿支護是經濟、有效的支護技術,是金礦實現高產高效生產必不可少的關鍵技術之一。金礦錨桿支護技術經歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發展過程。目前已開發出包括巷道圍巖地質力學測試、動態信息支護設計、高強度與高剛度支護材料、快速施工機具與工藝量檢測與礦壓監測及錨固與注漿聯合加固在內的錨桿支護成套技術,成為首選、安全高效的主要支護方式。

[1]康紅普,王金華.金巷錨桿支護理論與成套技術[M].北京:北京工業出版社,2007.

[2]侯朝炯,郭勵生,勾攀峰,等.金巷錨桿支護[M].徐州:中國礦業大學出版社,1999.

TD353[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-461-1