金屬采礦工程巷道掘進和支護應用

王龍浩

（西藏華泰龍礦業開發有限公司，西藏 拉薩 850000）

在科學技術的快速發展支持下，我國金屬采礦領域的進步極為迅速，各類新型技術因此大量涌現，全斷面隧洞開挖技術、巷道分級支護體系均屬于其中代表。為更好推進金屬采礦工程巷道掘進和支護的優化，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1 金屬采礦工程巷道掘進和支護技術應用要點

1.1 巷道掘進技術應用要點

對于金屬采礦工程巷道掘進來說，綜合機械化掘進和掘錨一體化掘進屬于兩種主要方式。綜合機械化掘進在操作和系統構成方面較為復雜，掘進系統一般由工程電纜、鉆機、通風設備、掘進機、運輸機組成，最重要的組成部分為懸臂式掘進機，金屬采礦工程的開采進度直接受到掘進機的質量、系統性能、工作效率影響。掘錨一體化掘進的基本支撐為錨桿支護技術，在工作效率方面優勢顯著，且能夠有機結合掘進技術和支護技術，大幅提升金屬采礦工程效率，施工時間縮短也可同時實現。在巷道掘進技術具體應用中，需重點關注兩個環節內容，即爆破和裝礦，扒裝機在其中發揮著關鍵性作用，該設備在安全性、高效性方面表現優秀，能夠較好滿足開采后金屬礦藏的運送需要。作為復雜性和系統性較高的施工活動，金屬采礦工程巷道掘進施工離不開理論基礎的支持，相關理論可用于合理規劃整個施工流程[1]。

1.2 巷道支護技術應用要點

對于金屬采礦工程來說，臨時支護技術和永久支護技術均屬于常用的巷道支護技術。在臨時支護技術的應用中，考慮到該技術主要用于滿足臨時巷道掘進施工需要，臨時支護技術的具體應用需關注兩方面要點：第一，充分了解各類原料的特性。考慮到不同材料間、相同材料間往往存在較大性能差異，在應用各類材料開展金屬采礦工程的巷道支護前，技術人員需優選支護材料，充分考慮不同材料的特性，制造難度、安裝便利性、防火性能、搬運便利性、綜合成本、安全性能等均需要充分考慮，以此保證材料選擇合理性；第二，整體檢查工程質量。在臨時支護實踐中，需關注支護工序的嚴謹程度、支護流程的規范性，以此整體檢查支護質量，規避施工安全問題。同時，還需要檢查支護材料質量，支護材料如質量不過關不得進入施工現場[2]。

在永久支護技術的應用中，需關注錨桿支護技術、鋼筋混凝土支護技術、混凝土支護技術等常見技術的應用要點。對于錨桿支護技術來說，該技術的應用需結合質量控制需要，軟巖巷道回采問題需得到重點關注，對于薄弱的支護網位置，錨梁需要適當增加。錨桿支護技術應用需得到錨桿支護體系的全面支持，施工過程中螺母的質量檢驗、螺桿與螺母的配套性控制也不容忽視，為規避防護工程變形，錨桿托板厚度的適當增加也需要得到重視，施工安全性可更好得到保障。

2 金屬采礦工程巷道掘進和支護新技術

2.1 全斷面隧洞開挖技術

在多金屬礦工程的巷道掘進環節，全斷面隧洞開挖技術屬于實用性較高的新技術，該技術需依托全斷面隧洞開挖裝備，開展各工序的平行連續作業。在主機推進系統和刀盤驅動系統的作用下，全斷面隧洞開挖裝備可通過刀盤順槽將滾刀剝落的泥土或巖渣排入主機出渣設備，輔以單機一體化運行的排水、支護、通風除塵、供電、導向控制、撐靴支撐等功能，即可自動化監控整機狀態。在硬巖、軟巖、過渡巖性的掘進作業中，全斷面隧洞開挖技術均能夠發揮不俗作用，而隨著近年來全斷面隧洞開挖裝備的日漸成熟，全斷面隧洞開挖技術的實用性也在不斷提升，圖1 為七種常見的全斷面隧洞開挖裝備[3]。

對于多金屬礦工程來說，其一般具備復雜多變的地質條件，無明確規律和邊界的各巖體對巷道掘進提出了更高要求，全斷面隧洞開挖技術的應用需要以一定的軌跡或傾角穿越各巖層通達礦體，地質條件帶來的影響必須得到重視。總的來說，全斷面隧洞開挖技術在多金屬礦工程巷道掘進中的應用具備工程周期較短、工程質量高、作業安全、節能環保、高效減員、機械破巖等優勢，且能夠實現高度機械化、集約化的平行作業。

在全斷面隧洞開挖技術的具體應用中，需結合多金屬礦特點和全斷面隧洞開挖裝備的參數要求，開展工程類比、實用性分析、經濟評估，并開展針對性的經濟評估，建立評價方法和模型、可行性及風險評價體系，分析設計要求、投資及工期、設備選型、可掘性、地質條件帶來的影響，建立可行性、適應性評價方法和評價指標體系。

2.2 巷道分級支護體系

金屬采礦工程巷道支護和圍巖控制向來受到業界重視，破碎軟巖巷道的相關支護便屬于其中代表，為滿足這類金屬礦巷道支護需要，巷道分級支護體系的針對性引入應得到重視。所謂巷道分級支護體系，指的是針對多金屬礦工程巷道存在的不同級別巖體分別選擇不同支護方式。以具備堅硬－較堅硬巖組礦石和圍巖的某多金屬礦為例，由于具備較為簡單的巖組結構，中等型的工程地質復雜程度，且采掘過程遇到溶蝕裂隙帶和裂隙密集帶，為應對穩定性較差的巖石疏松破碎，工程針對性建設了巷道分級支護體系，以此優選不同支護方式進行巷道支護。案例工程具備三種巷道失穩模式，如圖1 所示，包括全斷面垮塌變形（中間）、強氧化帶“一線天”高冒頂（左1）、結構面控制的楔形體冒頂（右1），具體如圖1 所示，這與軟弱夾層與結構面的聯合控制、多個養護帶破碎區域、爆破振動的擾動作用存在直接關聯。

圖1 巷道失穩模式示意圖

基于三種失穩模式，案例多金屬礦將巖體級別分類Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三類，Ⅱ級巖體的內聚力、內摩擦角、泊松比、彈性模量、抗拉強度分別為2.8MPa、39.1°、0.26、11.9MPa、0.65MPa，Ⅲ級巖體分別為1.5MPa、30.1°、0.30、3.2MPa、0.10MPa，Ⅳ級 巖 體 分 別 為0.7MPa、17.0°、0.39、0.7MPa、0.01MPa。其中，Ⅱ級巖體的支護方式選擇噴射混凝土，采用的混凝土規格為C20，厚度為50mm；Ⅲ級巖體采用“噴射混凝土頂板+端錨式錨桿”的支護方式，錨桿長度、間排距分別為2.1m、1.0m，采用端錨式錨桿（Φ22mm），同樣采用C20 規格的混凝土，厚度控制為50mm；Ⅳ級巖體采用管縫式錨桿進行幫部支護（Φ42mm），采用端錨式錨桿進行頂板支護（Φ22mm），同時采用“噴射混凝土+鋼筋網”用于幫部和頂板支護，錨桿長度、間排距分別為2.1m、1.0m，采用的混凝土規格為C20，混凝土厚度設置為100mm，鋼筋網規格為Φ6mm，存在100mm×100mm 的網孔。通過建設巷道分級支護體系，案例多金屬礦的巷道支護需要得到了較好滿足，安全生產目標也得以順利實現。

3 結論

綜上所述，金屬采礦工程巷道掘進和支護需關注多方面因素影響。

在此基礎上，本文涉及的全斷面隧洞開挖技術、巷道分級支護體系等內容，則提供了可行性較高的掘進和支護路徑。為更好滿足金屬采礦工程生產需要，智能化生產的相關探索同樣需要得到業內人士的重點關注。