非煤礦井巷建設(shè)工程及支護技術(shù)的探討

李賓海

摘? 要：隨著開采深度的增加，巷道支護經(jīng)歷了采礦初期的單一支護技術(shù)到組合式多筋支護技術(shù)。目前，混凝土或鋼筋混凝土襯砌等支護形式開始被采用。這些傳統(tǒng)支架消耗大量木材，受開采深度和巖性影響嚴重。隨著生產(chǎn)礦井開采深度的不斷增加和地質(zhì)條件復(fù)雜的新礦段的開發(fā)，對井下巷道支護提出了更高的要求，相繼發(fā)展了金屬支護技術(shù)和錨桿系列支護技術(shù)。。

關(guān)鍵詞：非煤礦;井巷工程;支護技術(shù);注意事項;

引言：把井巷支護技術(shù)歸納為傳統(tǒng)支護、金屬支架支護、錨桿系列支護及復(fù)合支護技術(shù)。分析了各自的特點及適用情況?？偨Y(jié)了我國非煤礦山現(xiàn)行巷道支護的主要經(jīng)驗和存在的問題，指出當(dāng)前軟巖巷道支護技術(shù)研究中，在理論研究、設(shè)計施工及配套設(shè)備等方面均存在一些亟待解決的問題。

一、 傳統(tǒng)支護技術(shù)

傳統(tǒng)支護技術(shù)主要是采用木材或鋼筋混凝土作為支護材料，分支撐與襯砌兩類，其中支撐指臨時性保護圍巖的結(jié)構(gòu)，襯砌指永久勝加固圍巖的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)支護技術(shù)是基于古典壓力理論和坍落拱理論，認為巷道開挖后圍壓主要由圍巖局部坍塌所致，而巷道的穩(wěn)定主要靠圍巖坍塌致使硐室形狀改變后自行獲得。傳統(tǒng)支護將圍巖與支護分開考慮，把圍巖視作荷載，支護看成承載結(jié)構(gòu)，二者之間形成“荷載一結(jié)構(gòu)”體系，認為支護是為了承受由圍巖所產(chǎn)生的荷載，無法控制圍巖變形破壞的發(fā)生，只能起被動抵抗的作用。傳統(tǒng)支護耗費大量木材且受采深和巖性影響嚴重，只適用于淺部圍巖，且支護斷面形狀必須與圍壓曲線一致，以充分發(fā)揮圍巖和支護結(jié)構(gòu)打己玉強度大的特長，從而硬勝抵抗巖體的變形壓力。

二、金屬支架支護技術(shù)

金屬支架支護技術(shù)主要分剛性支架支護與可縮性支架支護，其中剛性支架允許壓縮變形量小，工作阻力隨變形鼉增大而減小，直至破壞而失去工作阻力;可縮性支架允許壓縮變形量大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計壓縮范圍內(nèi)，工作阻力隨壓縮量增大而增大，或者恒阻。金屬支架支護視支架為支護體，圍巖為荷載，其破壞是由于支架上彎曲力矩達到屈服極限的破壞應(yīng)力所致，同時，由于支架承受側(cè)壓力和荷載的不均勻常使支架失去穩(wěn)定性或可縮性而減弱或失去豎向承載能力。剛性支架特別是弧板支護采用超高強度混凝土施工技術(shù)，在地面工廠化預(yù)制，井下機械化裝配，組成全斷面封閉的和密集連續(xù)式的高強鋼筋混凝土板塊結(jié)構(gòu)，主要適用于高地應(yīng)力破碎隔巖巷道支護。最大優(yōu)點是地面預(yù)制，質(zhì)量有保證且利于批量化生產(chǎn)和井下機械化安裝，不足之處在于不能抵抗上覆巖層整體移動而產(chǎn)生的底板沉降及巷幫側(cè)壓，受扭曲折斷而失去支護作用。可縮性支架支護特別是U型鋼支架支護由多段弧形構(gòu)件相互疊置搭接組裝而成，大多支護面呈拱形或環(huán)形，主要適用于松軟圍巖、地壓大、底撇嚴重和兩幫移近量大的開拓和采區(qū)巷道。具有抗壓性好、一次成巷好、安全系數(shù)大、抗災(zāi)能力強、支架變形小和質(zhì)量易保證等優(yōu)點，不足之處在于初期投資高，搭接處易縮膛，鐵卡易崩斷或松動條等。

三、錨桿系列支護技術(shù)

1.單體描桿群支護階段。以鋼絲繩、水泥砂漿錨桿為代表，錨桿無托板，且桿體間缺乏聯(lián)系。錨桿實際上只起懸吊作用，且被動承載，并不與圍巖共同作用。由于盲目擴大這類錨桿的應(yīng)用范圍，致使部分井巷冒頂失修，實際上阻礙了錨桿支護的發(fā)展。該階段技術(shù)發(fā)展基于懸吊理論誘和原始楔形剪切理論等。

2.組合、桿支護階段。單體錨桿群支護已很難妥適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件，發(fā)展了大批新型組合錨桿并在軟巖巷道支護中得到應(yīng)用，如水泥藥卷鋼筋錨桿、樹脂藥卷鋼筋錨桿以東及其它類型金屬錨桿等，在錨桿尾部均有托板和井襯螺母，松軟破碎條件下還增設(shè)金屬網(wǎng)和混凝土噴層，動壓影響嚴重的場合則進一步增加鋼帶、鋼筋梯或鋼架等，形成組合錨桿支護體系，并且由平面組合發(fā)展到空間組合，形成整體支護結(jié)構(gòu)體系。研究表明錨桿不僅能起到懸吊作用，而且具有組合拱或組合梁作用，承載能力顯著增強。杯組合錨桿比單體錨桿更有利于松軟破碎頂板的安-全維護，并發(fā)展了錨噴網(wǎng)、錨梁網(wǎng)及錨帶網(wǎng)等多-種組合錨桿聯(lián)合支護形式并廣泛應(yīng)用于礦區(qū)支護實踐，更多具體用途及結(jié)構(gòu)形式的錨桿也層出不窮，此階段相應(yīng)的支護理論有組合支撐拱理論及組合支撐梁理論等。

3.預(yù)應(yīng)力錨桿支護階段。隨著錨桿支護技術(shù)在松軟動壓及大跨度巷道中的推廣應(yīng)用，圍巖體片幫冒頂現(xiàn)象嚴重。工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)無預(yù)應(yīng)力的錨桿實際上不能有效阻止圍巖開裂、滑移和弱化，而繃緊錨桿岡、帶，采用有橫井向預(yù)應(yīng)力的管縫式錨桿和錨桿桁架，能顯著改善支護效果，其代表產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)主要有桁架錨桿、-水脹式錨桿和縫管式錨桿，這3類錨桿均具有-良好橫向預(yù)應(yīng)力和一定縱向預(yù)應(yīng)力，其支護效果已為國內(nèi)外礦山支護實踐所證實，研究表明，當(dāng)錨桿預(yù)應(yīng)力高于60kN，可基本阻止巷道頂板下沉，因此研制出高強度粗直徑（Φ25mm）全全長周樹月旨鋼筋錨桿，并在托板處增加減少摩擦的裝置。理論與實踐都證敏明，保證錨桿體系有足夠的縱向和橫向預(yù)緊力，才沖旨真正發(fā)揮其主動支護的蒸作用，充分發(fā)揮圍巖與支垂護體系的最大支護力。此琴階段支護理淪有二次支護辦理論及松動圈理淪等。

4.強力錨桿支護階段。近年來，隨著采深不斷增加，地質(zhì)環(huán)境更加復(fù)雜，巖層破碎更為嚴重，導(dǎo)致突發(fā)性工程災(zāi)害和重大惡性事故增加，普通錨桿常由于集中荷載的作用致使錨桿拉脫及鋼帶撕裂，鈴拼干護表作用降低，導(dǎo)致整體支護效果欠佳。為從根本上改變錨桿支護材料落后的局面，研制了錨桿專用鋼材，達到高強度和超高強度級別。強力錨桿的桿體設(shè)計為左旋無縱肋螺紋鋼筋，桿體公稱直徑為Φ18～Φ25mm，桿別黑紋段采用滾壓工藝加工。強力錨桿支護系統(tǒng)能大幅度提高巷道初期剛度和強度，有效控制高應(yīng)力巷道結(jié)構(gòu)面離層、滑動、裂隙張開及新裂紋產(chǎn)生等不連續(xù)變形，同時支護系統(tǒng)具有足夠延伸率，允許巷道圍巖有較大連續(xù)變形，使得圍巖高應(yīng)力得以釋放。

四、結(jié)語

總之，當(dāng)前天華礦業(yè)公司松湖鐵礦開采已進入2360m水平作業(yè)，未來兩到三年，將開采至1700m左右。屆時，巖石破碎程度和地下涌水量肯定顯著增加，故實現(xiàn)高剛度、高強度、高町靠性與低支護密度的“三高一低”支護設(shè)計理念，極大提高了巷道布置時間與空間上的自主性，對緩解天華礦業(yè)公司松湖鐵礦采掘接續(xù)緊張局面具有重要意義。

參考文獻：

[1]王紅.非煤礦井巷建設(shè)工程及支護技術(shù)的探討.2019.

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