深井復雜條件下巷道支護優化設計

王新建

（開灤（集團)有限責任公司東歡坨礦業分公司，河北 唐山063000）

1 引言

隨著采礦規模和采礦強度的增加，淺層資源逐漸減少，資源開發已成為人類的必然選擇。圍巖軟化明顯，巷道變形嚴重，嚴重影響正常生產，具有典型的深部開采特征。為研究深部巷道圍巖穩定性控制理論，有必要研究深部巷道圍巖的分類方法和標準。可以說，深度采礦的關鍵技術是道路支持。但是，現有的普通巷道支護技術，支護材料和配套設備已不能滿足高壓巷道支護的要求。因此，在深入研究高壓巷道支護理論的基礎上，支撐材料和支護設備的研究和開發對于深部采煤技術提供技術支持具有重要意義。

在21世紀之初，越來越多的金屬礦將進入深采。深土壓力問題將成為制約我國礦山安全生產、資源回收和經濟效益的主要因素之一。大深度和高地壓下的采礦壓力將成為金屬礦業企業面臨的主要技術問題。解決深井壓力問題必將成為中國礦業的主要技術發展方向[1]。為此，國家專門開展了關于開采深井硬巖礦山的采礦、地面壓力和巖爆問題的研究。圍巖支護參數的優化是巷道支護設計定量決策的關鍵。確定支持參數設計的安全性和經濟性對安全生產和經濟效率具有重大影響。螺栓支撐在各種形式的支撐中起著重要作用。近年來，許多學者對深井圍巖支護參數的優化進行了深入研究。

2 巖爆巷道支護機理

在簡化復雜支護體系時，可分為圍巖加固和懸索支護兩大支撐功能。在這兩個功能中，加強周圍巖石并用作懸架的支撐單元是螺栓，且支撐單元由金屬網、噴射混凝土、電纜或其組合完成。圍巖和錨的加固是為了增加周圍巖石的強度，形成能夠承受周圍巖石應力的巖拱。

懸索支護功能是將深部巖體中的破碎巖石通過錨桿和作為懸掛支撐的單元加以限制。在正常低應力條件下，這種影響主要是基于安全考慮，而不是圍巖本身的穩定性。然而，先前的研究表明，在正常的低應力條件下，裂縫巖體和支撐單元（如金屬網格和支撐單元）將裂隙巖體限制為深部巖體，從而保證了巷道在高應力條件下的穩定性[2]。在高應力下，巖石明顯斷裂，常伴有大的巖石變形。巖體的破壞通常伴隨著巖體的變形過程。通過維持裂隙巖體，可以有效地控制巖體的連續運動過程。

通過支撐結構單元的功能組合，能夠擁有上述兩種支撐結構單元的一些特征。在支撐系統中，錨對于加固圍巖的作用非常大，錨桿進入圍巖，在周圍巖石的一起作用之下，將變形的功能進行吸收，提高了圍巖的自我支撐能力，在整體支撐結構之中，其不僅僅是基本單元，還可用于加固和鎖定地表裂隙巖體，并且具有良好的彎曲剛度與金屬網，將沖擊載荷均勻地分配給加固單元(錨)。

3 巖爆巷道支護應考慮的因素

確定地震中心對隧道巖爆支護設計的貢獻必須確定微震活動中心。目前唯一的方法是使用聲發射地震系統來確定微源。因此，必須首先研究礦山微震監測系統，以確定地震的震級、事件頻率、空間分布等。此外，必須正確地理解造成損壞的微地震事件，并且還必須確定主沖擊事件或余震是否造成損壞。在開采過程中，最關鍵的余震是應變巖爆。雖然這些余震比主要的震動小很多，但它們在接近道路時可能會造成嚴重的破壞。

巖爆/微震巷道引起巷道破壞的原因是巖爆/微震引起的圍巖破壞，基于兩種不同的機制：巖爆本身的作用以及由巖爆引起的微震波的作用。巖爆本身的作用是在道路周圍引起巖爆，直接導致巖爆破壞。微地震波的作用是將巖體深部巖爆所產生的地震波在巷道周圍的高應力狀態下傳遞到巖體中。了解巷道巖爆/微震的破壞機理和破壞模式對正確選擇支護形式具有重要意義。支撐系統對動態和靜態負載的機械響應特性決定了支持系統可以執行的功能。僅通過選擇適當的支撐結構(單元)可以形成完整且滿意的支撐系統。在道路被毀之前，必須加強支撐以增加巖體的強度。

4 結語

中國深井硬巖礦的配套研究尚處于起步階段。根據我國的實際情況，今后需要加強的領域有：建立相應的監測系統；加強對圍巖發生機理和破壞機制的研究;對支護的理論研究；新的巖石爆破支護研究。支護結構與材料；巷道沖擊地壓防治措施研究；制定支護安全法規和管理措施等。