復(fù)雜地質(zhì)條件下的銅礦掘進(jìn)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用分析

劉 學(xué)，劉俊偉

（江西銅業(yè)集團(tuán)武山銅礦，江西 九江 332200）

武山銅礦位于九瑞礦田中部，橫立山-黃橋向斜東段北翼。武山銅礦在開采過程中，部分區(qū)域圍巖破碎嚴(yán)重，傳統(tǒng)的支護(hù)技術(shù)無法滿足對(duì)掘進(jìn)巷道的支護(hù)，特別是對(duì)于傾斜角度較大、圍巖蝕變嚴(yán)重的巷道，巖石強(qiáng)度差，頂板極不穩(wěn)固，會(huì)嚴(yán)重影響到采礦作業(yè)點(diǎn)正常開展，嚴(yán)重威脅著職工的安全。

1 復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)的理論分析

巷道支護(hù)的理論，主要分為圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論、新奧法支護(hù)理論、松動(dòng)全支護(hù)理論和聯(lián)合支護(hù)理論等，圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論是巷道以錨桿支護(hù)為基礎(chǔ)利用錨桿支護(hù)改善圍巖應(yīng)力的狀態(tài)，從而提高圍巖的承載能力。新奧法支護(hù)理論則需要在巷道爆破后，對(duì)于存在隱患的圍巖采用錨噴支護(hù)方式，提高圍巖自身的整體支護(hù)能力。不同礦山的地質(zhì)條件不同，我國(guó)礦山企業(yè)多數(shù)位于斷層復(fù)雜地質(zhì)條件中，受圍巖內(nèi)部節(jié)理發(fā)育和水文地質(zhì)等條件的影響，容易造成頂板松動(dòng)的情況的發(fā)生。在井下作業(yè)中最容易發(fā)生變形的就是軟巖，軟巖具有容易膨脹的特點(diǎn)，在軟巖掘進(jìn)過出現(xiàn)變形，增加了支護(hù)的難度。在眾多支護(hù)理論中，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)范圍廣泛，對(duì)巖石強(qiáng)度改善效果最佳。聯(lián)合支護(hù)方式則將錨網(wǎng)、錨桿與錨索相結(jié)合，形成統(tǒng)一的聯(lián)合支護(hù)系統(tǒng)，對(duì)頂板進(jìn)行有效加固，從一定程度上減少冒頂事故的發(fā)生。

2 復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)方式的選擇

2.1 錨桿支護(hù)技術(shù)和錨注支護(hù)技術(shù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍巖軟巖占大部分，軟巖的支護(hù)問題是制約礦山開采過程中巷道維護(hù)的最大難題。軟巖具有強(qiáng)度低，容易變形的特點(diǎn)，在圍巖強(qiáng)大的壓力下極易發(fā)生較大變形導(dǎo)致巖層破壞。錨桿支護(hù)具有支護(hù)成本低、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，主要適用于圍巖破碎、圍巖應(yīng)力變化較小的巷道中。錨桿支護(hù)技術(shù)作為主動(dòng)支護(hù)技術(shù)，能夠有效提高圍巖的整體性，從而改善圍巖的承載力。

目前多配合以錨網(wǎng)支護(hù)、錨注支護(hù)等方式，錨注支護(hù)是結(jié)合錨桿支護(hù)和注漿支護(hù)技術(shù)，將受損的圍巖和軟巖進(jìn)行固化，通過漿液滲透到錨孔的巖體中，提高巖體自身的承受能力，與傳統(tǒng)的錨桿支護(hù)技術(shù)相比，錨注支護(hù)技術(shù)對(duì)于提高圍巖的承載能力更加有效，能夠有效預(yù)防圍巖的強(qiáng)度和承受力。

2.2 U型鋼可伸縮性支護(hù)技術(shù)

高應(yīng)力作用下的巷道容易發(fā)生變形，通過采用U型鋼支架支護(hù)方式保障圍巖承載高應(yīng)力狀態(tài)下巷道的穩(wěn)固性。巷道由于受高應(yīng)力影響下發(fā)生形變，U型鋼支架通過自身強(qiáng)度來抵抗高應(yīng)力狀態(tài)下的巷道的變形，是一種被動(dòng)支護(hù)方式。U型鋼可縮性支架可以圍巖膨脹的程度進(jìn)行設(shè)置，主要適應(yīng)于圍巖破碎和高應(yīng)力影響較大的軟巖巷道中，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但U型鋼支架無法預(yù)防巷道的初期變形，并且不適用于發(fā)生嚴(yán)重變形后的巷道，加上該種支護(hù)方式成本較高，因此使用較少。

2.3 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

聯(lián)合支護(hù)技術(shù)為采用兩種或兩種以上支護(hù)方式相結(jié)合的支護(hù)技術(shù)，適用于地質(zhì)條件復(fù)雜、巖體支護(hù)難度大的巷道。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)能夠充分發(fā)揮單一支護(hù)方式的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)，既可以充分發(fā)揮U型鋼的可伸縮性，又可以通過改變圍巖整體穩(wěn)固性，從而達(dá)到較好的支護(hù)效果。并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)巷道進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)后可以通過地壓檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)支護(hù)巷道的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)巷道的支護(hù)效果較為理想，但是施工工藝較為復(fù)雜。

目前應(yīng)用最為廣泛的支護(hù)技術(shù)為錨桿支護(hù)技術(shù)和錨注支護(hù)技術(shù)。

3 解決巷道掘進(jìn)錨注支護(hù)技術(shù)難題的主要措施

錨注技術(shù)是指將錨桿、錨索支護(hù)與注漿支護(hù)結(jié)合為一體的支護(hù)技術(shù)，其作用實(shí)質(zhì)包括兩個(gè)方面：一方面改善巖體本身的力學(xué)性能，另一方面利用錨桿、錨索的錨固力加固圍巖。

3.1 錨注支護(hù)的支護(hù)機(jī)理

（1）運(yùn)用注漿錨孔進(jìn)行注漿，漿液通過錨孔和圍巖裂隙進(jìn)行滲透封堵，使松散的圍巖重新粘結(jié)成為整體，能夠更好的提升圍巖自身的內(nèi)聚力和彈性模量，從而提高巖體強(qiáng)度。

（2）錨注支護(hù)能夠?qū)⑵胀ǘ隋^桿變?yōu)槿L(zhǎng)錨固錨桿，錨桿與圍巖的錨固力更大。

（3）錨注后的頂板圍巖的裂隙得以滲透填充，與注漿錨桿、錨索的錨固作用相互配合，形成一個(gè)多層有效的組合拱支護(hù)體系，即為漿液擴(kuò)散加固拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱以及錨網(wǎng)組合拱，這種支護(hù)體系的承載能力較大，支護(hù)效果明顯。

（4）注漿之后的圍巖的頂板上的垂直載荷能夠有效地傳遞到兩幫和底板，實(shí)現(xiàn)頂板和邊幫的減壓，較好的避免了荷載集中問題，從而降低頂幫的塑性變形。

3.2 錨注支護(hù)對(duì)軟巖進(jìn)行控制的關(guān)鍵措施

（1）有效解決錨桿、錨索在圍巖損傷之后出現(xiàn)的錨固力喪失問題以及在軟巖處錨固力較低的問題。對(duì)目前的錨桿支護(hù)方式進(jìn)行改進(jìn)，將端頭錨固變?yōu)殄^固，全錨固錨桿較之端頭錨固錨桿具有更高的初錨力，當(dāng)圍巖變形的增阻速度加快，出現(xiàn)最大錨固力之后，若圍巖出現(xiàn)移動(dòng)，工作錨固力也會(huì)在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。錨桿在工作時(shí)的錨固力越大，對(duì)圍巖變形的控制效果就更好。

（2）支護(hù)時(shí)間的確定。復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用來說，其支護(hù)時(shí)間的確定極為重要，如果圍巖變形后的松動(dòng)破壞區(qū)會(huì)嚴(yán)重影響錨固力和漿液的滲透能力，應(yīng)在圍巖塑性變形區(qū)時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)及時(shí)支護(hù)，軟巖的原始強(qiáng)度未受到損傷之前錨桿就具有較大的錨固力，此時(shí)錨注支護(hù)之后的能夠充分發(fā)揮圍巖塑性區(qū)的承載能力，提高錨固支護(hù)效果。

4 結(jié)語

通過對(duì)巷道圍巖的力學(xué)特性以及支護(hù)機(jī)理的研究表明，錨注支護(hù)技術(shù)是目前應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)條件下較為理想的支護(hù)技術(shù)，具有整體性墻、支撐力強(qiáng)、承載能力大等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠較為有效的解決高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)難題，并且能有效避免巷道二次支護(hù)問題。當(dāng)然，礦山巷道支護(hù)問題是一門實(shí)踐科學(xué)，地質(zhì)條件不同，巷道的支護(hù)和掘進(jìn)技術(shù)不同，選擇科學(xué)合理的支護(hù)技術(shù)是保障礦山安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，巷道支護(hù)方面應(yīng)根據(jù)巷道的實(shí)際情況確定支護(hù)的材料和技術(shù)，提高圍巖的承載能力。