復雜地質條件下采礦掘進支護技術及應用

王 濤，劉新斌

（敖漢旗景昌螢石有限公司，內蒙古 赤峰 024323）

目前，氟化工應用領域不斷拓展，對螢石需求不斷增長，現存螢石資源量無法滿足所需[1]。面對如此嚴峻的形式，螢石礦產開采規模日益擴大，因地質條件的影響及非常規開發要求，螢石礦開采難度日益增加，常規技術無法保障可持續、有效地開發礦產，不僅影響了開采效益，而且還無法及時供應市場能源所需。為了更好地服務于現代經濟發展，應借助有效的技術提高開采效率，對礦產資源進行充分挖掘，而掘進支護技術則是一種有效的手段，有利于提高生產效率，且生產安全系數較高。

1 在復雜地質條件下開展礦山掘進工作面臨的困境

因礦產開采較為特殊，地質環境十分惡劣，遇到復雜地質條件的幾率較大，在掘進開采中會遇到各種困境，具體表現為如下幾點：其一，巷道前掘后修工作量較大[2]。在復雜地質環境中，往往處于螢石層及地質較為疏松的頂底區域，破碎風險較高，整體掘進與成型施工難度較大，開采效率較低。巷道掘進過程中，其頂底板便會出現程度不一的收縮情況，整個巷道漸漸變形，為了能夠保證順利開采往往需要在掘進后予以修補，這無疑是增加了掘進的工作量，延長了開采進度，也增加了礦工安全風險。其二，螢石層地質結構往往被破壞。隨著開采時間的延長，礦井深度也隨之加深，開采地區地質條件更加復雜，且不同程度地破壞了螢石層地質結構，使得螢石層頂板巖性特征被完全改變，斷裂風險較高，不利于巷道加固工作的開展，且安全隱患較大。其三，薄螢石層開采安全隱患較大。因我國螢石資源廣泛分布，各地區地質特性差異較大，有的地區薄螢石層覆蓋范圍較廣，在掘進薄螢石層時，安全隱患較大，需選取恰當的掘進支護設備及技術來預防安全事故的出現。

2 復雜地質條件下有效的礦山掘進支護技術

2.1 直接破頂技術

在礦產開采掘進中，有的礦產資源產區的礦洞頂板巖石硬度及落差距離較低，一般狀況下硬度低于5°，且落差≤2m，圍巖頂板穩定性較低，頂板破碎的風險較大。對此，可采取直接破頂技術，使用掘進機將斷層頂部進行有效破除，增加圍巖頂板穩定性，有利于開采掘進施工的順利開展[3]。

2.2 退后臥底技術

掘進巷道時，斷層問題較為常見，尤其是復雜地質條件下，這一情況更為普遍。支護時，如果斷層落差＜2.5m，且巷道頂板條件較佳，可采取錨網索支護方法，強化巷道支護與圍巖支護。在這一情況下，掘進機同支護位置距離應保持在15m范圍內[4]。如果掘進工作面坡度較小時，可采取后退式臥底作業，確保巷道高度符合設計要求，詳見圖1。

圖1 后退臥底方式過斷層示意圖

2.3 錨桿臨時支護加U型鋼架技術

礦產開采時，自然環境影響較大，大范圍斷層突發情況較為常見，影響開采進度，嚴重情況下會造成周圍巖石大規模破碎或坍塌，誘發安全事故。對于這一情況，可采取錨桿臨時支護加U型鋼架技術。首先，根據巷道實際情況，合理運用錨桿臨時支護加U型鋼架技術、臨時超前支護技術以及錨桿支護技術，促使臨時支護充分發揮作用。其次，為了提高開采效率，且保障礦工人身安全，應對錨桿傾斜角度以及錨桿與錨桿之間的距離參數進行有效控制，保證其始終處于標準范圍內，強化支護效果。

2.4 錨網噴支護技術

螢石礦地質條件往往十分復雜，存在裂隙發育的情況，巖石完整度較低，特別是泥巖強度往往差強人意，在斷層周圍，又因斷層應力的影響，巷道往往無法支護。對此，為了能夠對巷道冒頂、變形情況的抑制，促使巷道穩定成型，且安全通行，可采取錨網噴支護技術。該技術是一種柔性、主動支護方法，支護效果顯著。首先打錨桿孔，先確定孔位，并在釬桿進行標記，使用錨桿鉆機進行打孔，錨桿孔的方向應同巖層或裂縫面進行大角布置，確保錨桿孔同圍巖相垂直或斜交。若巖層層面、裂隙面不明顯，應盡量在巷道周圍垂直布置。基于巷道實際高度，頂部錨桿孔采用套釬（短、中、長）進行打孔，孔深必須超過錨桿深度。其次，安裝錨桿與金屬網。將錨桿孔進行全面清理，檢查錨桿孔是否滿足要求。對于不符合要求的錨桿孔，不得安裝錨桿。同時，把金屬網順著巷道輪廓擺在錨桿與巖壁間，再把錨桿端頭置入到錨桿孔中，采用錨桿機把錨桿推入到錨桿孔，指導錨桿托板同巷道圍巖完全緊貼。順著巷道輪廓鋪設金屬網，鋪設時應拉緊金屬網，促使其同巖石之間的間隙不得超過30mm。最后，噴漿支護。采取濕式噴漿，噴層總厚度確定為80mm，第一次30mm～50mm，二次復噴達到設計厚度。噴漿前，對檢查面安全進行細致檢查，敲幫問頂和撬除活石，然后進行初噴。

2.5 噴射混凝土支護技術

復雜地質條件下，巷道所需承受的壓力較大，圍巖性較低導致巷道變形較為嚴重。通過實踐證實，噴射混凝土支護技術可促使巷道破碎的巖石能夠重新結合，強化巷道支護能力，保持巷道成形。噴射混凝土支護技術主要分為干式噴射混凝土與水泥裹砂噴射混凝土兩種。第一，在應用干式噴射混凝土支護技術時，根據一定比例充分攪拌相關原材料（水泥、混凝土以及速凝劑等)，并對倒入適量的水，礦產掘進時噴砂機噴將混凝土噴射到巷道圍巖上，等到混合物凝固后，其加固效果也就能夠實現。第二，在應用水泥裹砂噴射混凝土支護技術時，主要是充分攪拌水泥與符合規格的砂粒，再借助壓裂技術，規模化開采螢石礦。另外，巧妙地借助多級滑套封隔器的分段壓裂技術，以此來確保存在多個壓裂層段的水平井、直井能夠順利掘進。

2.6 地質構造區加強支護技術

在掘進復雜地質構造的區域時，礦山壓力一般都會顯示異常，冒頂事故的發生幾率較高，應加強支護。當掘進進行到斷層周圍時，鑒于斷層附近具有較大的集中應力，因此就需借助鉆探法勘探斷層，等到斷層較為安全時加強支護，之后掘進才能繼續進行。針對部分地質構造，可借助地質勘探獲取相關信息，但如果區域螢石礦層具有較大的厚度變化，且賦存不穩定，則難以通過勘探了解到相關信息。所以在途經礦層變化不穩定區域時，應對頂板的完整性引起重視，選擇最佳的掘進方式，不僅有助于巷道成型有利，而且還可確保巷道頂板均為完整的礦石，防止冒頂事故的發生。倘若部分頂板較為破碎，則應借助鋪設金屬網的形式支護頂板，以免隨時掉落導致安全事故發生。因此，基于頂板巖層的完整情況選取恰當的支護方式。目前采用雙巷掘進方式的巷道比較多，在掘進過程中要選擇合適的礦柱寬度，保證其可較好的支撐巖層頂板。須知，不論是巷道頂板的穩定性，還是支護結構的選擇方式均受到礦柱寬窄的影響。所以，在支護過程中應重點考慮礦層頂板應力分布情況，選取最佳的支護結構，有效保障掘進安全進行。

3 結語

總之，面對能源緊張的嚴峻形勢，研究復雜地質條件下礦產開采技術是現階段螢石礦企業重點思考的課題，也是企業可持續健康發展的關鍵，只有積極完善生產管理與創新技術理論，重點研究掘進支護技術，以此來提高開采效率與安全性。同時，注重培養專業技術人員，尤其是復雜地質環境中，加強系統、專業培訓，強化螢石礦工人安全意識、自我防護能力，實現安全、高效生產模式，提高生產率，高產、穩產螢石礦資源，確保螢石礦行業迅速發展。