聯巷與進路丁字路口管棚式支護在殘礦回收中的應用

張建威，楊雪菲

（1.安徽開發礦業有限公司，安徽 六安 237462；2.安徽五鑫礦業開發有限公司泥河鐵礦，安徽 巢湖 231500）

1 概述

西石門鐵礦北采區隨著回采分層的下降，加上礦點的破壞，采空區面積也隨之加大，而且沒有規則，從而造成采場的應力分布不均，在圍巖破碎的矽卡巖地段，塌冒也非常嚴重，確保巷道的完工程度和采礦項目的利用對于順利，安全地執行采礦計劃至關重要。因此，基于巖體穩定性的分類，分析了現有開挖和支護方法中存在的問題，以及變形和失穩的機理，并對支護方法進行了優化。為了維護地壓顯現中的巷道或圍巖破碎的矽卡巖地段，目前我礦主要支護方式為U型拱架支護，一是由于U型拱架屬于柔性支護，其變形能與圍巖變形相適應，能在高壓下共同協調變形中達到維護巷道的目的，二是拱架的支護具有易操作和可重復利用性。但在丁字路口支護拱架時，為了運輸的需要，在巷道的交叉部位無法用拱架直接支護，由此造成暴露面積大，如不采取有效的支護方式，此部位將會繼續塌冒，甚至冒落，不僅會影響生產，而且還會給人員設備造成極大的隱患。針對此問題進行了現場研究并實施管棚式支護方案，從支護的實際效果來看，基本上解決了此類問題，取得了一定的效果。

2 礦體開采條件

圖1 高應力破碎礦體剖面圖

西石門鐵礦北側西側之間的礦體，在-5~-12探礦線之間，具有陡峭的上斜坡，并在0 m附近急劇減速。現在正在考慮開發下部的，緩緩傾斜的礦體。這部分礦體的傾斜度從厚到中厚約為10o，儲存范圍為+12m~-30m，上懸墻的圍巖對不穩定的石灰石是中等穩定的。礦體-矽卡巖磁鐵礦，不穩定吊壁的圍巖主要是閃長巖體，具有中等抵抗力。礦體底壁上有一薄層，蝕變的閃長巖和矽卡巖很混濁，與水接觸時不穩定。礦體會有薄弱、破碎、輕度傾斜、厚或中等情況，還存在隧道塌陷容易，礦體流動性差等問題，礦體難以破碎。在0m分段回采完畢，轉入-13m水平的開采后，地壓增大，拱架變形、頂板冒落等地壓顯現事件明顯增多，已嚴重影響礦山開采的正常進行。

3 聯巷與進路丁字路口塌冒區域圍巖特性分析

針對此類問題，項目參與人員經過現場察看分析，認為在丁字路口易塌冒區域的圍巖有以下幾種特性：

（1）圍巖結構穩固，但由于地壓而造成的塌冒。此類的塌冒一般是由于地壓的影響，加上暴露面積大，造成原本穩固的巖層受壓斷裂，直至塌冒。這種塌冒的現象一般先是圍巖受力斷裂，隨著壓力的加大，裂縫也越來越大，到一定的程度就會大面積的偏幫、塌冒。在地壓作用下，巖性較軟部位更容易發生變形，提高薄弱部位強度可以提高巷道整體穩定性。因此，在高應力部位，以薄弱部位加強支護為原則，對兩幫和底鼓部位分別制定支護措施。

圖2 高應力破碎礦體采場

（2）矽卡巖或礦巖交界等圍巖破碎處，由于圍巖的結構不穩固而造成的塌冒。此類的塌冒主要是由于暴露面積大，再加上圍巖本身的不穩固，從而造成塌冒。這種塌冒的現象一般先是掉碎碴，而后隨著塌落面積的增大或是回采工作的進行，其應力也重新分布，暴露面積處的壓力就越大，其后就會大面積的塌冒。能量釋放和粘結性差是冒落主要原因。對圍巖進行超前錨桿預支護，利用超前錨桿的變形，減緩變形能的集中釋放，同時超前錨桿鉆孔也可起到一定釋能作用，降低大規模冒落發生的機率，為后續支護措施創造時間和空間。

4 支護方案的選擇

由于礦體和圍巖坍塌，確保巷道的形成速度和采礦項目的利用對于順利，安全地執行采礦計劃至關重要。對于上述的兩種巖性引起塌冒，首先應進行相應其他形式的支護，如錨桿、錨桿加雙筋條等支護形式，先穩固巷道的頂板，而后再用拱架支護。由于壓力增大，其支護方案應是直接采用U型拱架支護。

拱架支護：在行車道支護施工期間，首先要檢查隧道工作面頂板和兩批浮石，以確保安全。清除積聚在巷道底部和兩側直至基巖的爐渣，并建立堅固而牢固的屋頂立柱。當被支撐時，拱形框架的兩個支腿在兩側垂直支撐，并且平臺用碎木固定，工作人員站在平臺上以重疊梁，然后用U型夾固定，安裝必須牢固，可靠性支撐拱門后，請使用碎木屑填充兩側和屋頂。完成拱形的支撐后，將長錨桿放置在拱形后面，并通過開槍將其封閉。

超前錨桿預支護：圍巖破碎，在爆破掘進前一般需要進行超前錨桿預支護。預錨桿預先放置在隧道工作面的前端，并沿著前拱的后緣打入破碎的圍巖或填土樁中，作為預支撐件，提高圍巖前端的完整性，并防止對破碎或填土樁造成較大破壞。變形或坍塌，增加了前部圍巖的穩定性，并滿足了行巷道礦體交通穩定性的要求。

快速支護技術：由于圍巖的自穩定時間短，因此爆破后除鱗后必須立即進行支撐。同時，支撐措施應包括操作簡單，輔助工作少，時間短，安全施工和足夠的支撐強度。U型鋼金屬拱形支座具有強度高，變形空間大，承受較大壓力的特點，它的主要結構包括金庫、拱形腿、夾具和螺栓、所有成品，它可以根據現場的路段進行組裝，結構簡單，工作人員可以輕松掌握，支架可以由2至3人操作。平均而言，拱門可以在1小時內完成，這很適合在短時間內使周圍的巖石容易掉落，墜落特性，因此建議在被破壞的礦體中使用U型鋼金屬拱形支架。

施工過程如下：爆破后拱起。拱型U25，拱之間的距離為500mm。根據周圍巖石的破碎程度相應調整距離。可以同時安裝兩個框架，兩個拱形支腿首先支撐在一側。安裝拱腿時，首先清潔拱腿的礫石，將拱腿站立在支撐位置，然后拉直拱腿，支腿的兩個拱腿和框架先前支撐的拱腿用足夠長的半圓木連接，通常連接上下兩個拱腿。三個部分或上，中，下部分以確保兩個后拱腿的穩定性，使用相同的方法安裝其他拱腿。安裝拱形支架后，請使用半圓木將兩個拱形支撐框架與縱梁連接在同一側，并在其上放置水平半圓木梁或圓形鋼梁以將其連接在兩側的拱形框架上，然后將兩個梁放置。短的半圓形成一個與圓頂重疊的工作平臺，并且工人覆蓋了平臺上的圓頂。拱門和拱腿用電纜固定在一起。豎立拱架后，使用半圓木，將其緊密連接在拱架和圍巖之間，使拱架成為一體，受力均勻，可防止砌塊掉落，弓用鐵絲固定，為確保及時提供支持，必須及時提供支持材料。

將T形巷道挖掘到破碎的圍巖中是最大的支撐問題，尤其是在拱形設計中。由于整個巷道已完全關閉，因此在開辟新的巷道時必須除去現有的支撐，有很多程序和勞動力投入。另外，由于巖體的穩定性差，在拆除拱門時還必須注意屋頂坍塌的問題，這是非常危險的。本文創造性的提出了聯巷與進路丁字路口應采取管棚式支護，示意圖如下圖所示。

圖3 聯巷與進路丁字路口應采取管棚式支護

在聯巷與進路丁字路口管棚式支護時，如上圖所示，拱架間距視現場情況為0.5m~1.0m之間。從理論上講，聯巷最靠近丁字路口左右各3架拱架的搭接處在聯巷的中心線上時，拱架的受力均等，效果最佳。丁字路口管棚式支護采用5根焊管橫向與6架拱架搭接，其中1根焊管位于聯巷中心線上，其他4根焊管（焊管直徑為4寸，長度為6m）分布應以聯巷中心線為對稱軸間距為0.6m橫架在拱架上，并與拱架焊接后再用鐵絲捆綁，焊管上部用對開木充填。

如果拱門得到支撐，則在打開前將拱腿移開，以露出孔中的巖體。保留原始的巷道拱頂，在新開通的道路得到支撐之后，應使用加固將已保存的拱頂從新道路的拱形框架中懸掛下來。在不穩定的石塊中，由于移除了拱形支撐物，很容易造成連續倒塌，從而導致無法打開的問題。因此，在卸下拱形支架之前，請使用高級的預鋼筋錨。

圖5 拱架支護聯巷，進路開口圖示

5 管棚式支護方案的井下實踐及效果

根據上述的分析，我區視現場實際情況對147m分層1#采場6#進路開口處（丁字路口）、136分層5#采場27#、28#進路開口處（丁字路口）分別采用了管棚式支護。

通過分析發現，此部位是處在矽卡巖和閃長巖的交界處，圍巖不穩定，頂板破碎掉碴、兩邦偏邦嚴重。首先對該部位巷道采用臨噴進行封閉，再采用管棚式支護。聯巷拱架的規格為3.5m×3.2m，間距為0.5m。進路拱架規格為3m×3m，間距為0.5m~0.7m，支護架數共計30架。在聯巷左右各3架拱架采用了4寸的鋼管橫向支護5根，每根長6m，焊管上部采用了對開木充填。

支護后，根據幾個月的觀測，此部位一直處于穩定，未發現明顯的塌冒。說明這個支護方案也是成功有效的。

6 效果與效益

丁字路口管棚式支護雖不會產生直接的經濟效益，但其間接效益是巨大的，通過本項目的實施，可有效的控制進路開口處（丁字路口）因地壓或圍巖不穩固原因造成的塌冒，給采區正常生產提供了有力的保障。同時，也大大提高了安全系數，減少了安全隱患。管棚式支護部位是136分層5#采場和147分層1#采場進路礦體較厚的部位，回收礦量較多的進路，如不支護，以上采場近3000噸的礦量將無法回收，由此產生的間接效益計算如下：拱架支護的投入（包括木材、鋼管）：30架×1780元/架=5.29萬元。回采礦量產生的效益：3000t×200元/t=60萬元。

支護產生的綜合間接效益為：60-5.29=54.71（萬元）。

綜上所述，丁字路口管棚式支護方案的實施，不僅有效地控制了丁字路口的塌冒，解決了丁字路口的支護難題。而且還大大減少了安全隱患，保障了生產的安全順利進行，產生了巨大的間接效益。