李文成,王建華,姚 華,許 杰,張 壽,劉志義

(1.貴州開磷集團礦業(yè)總公司, 貴州貴陽 550302;2.鹽田港集團有限公司, 廣東深圳市 518081;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長沙 410083)

磷礦山深部巷道支護應(yīng)用技術(shù)研究

李文成1,王建華2,姚 華1,許 杰3,張 壽1,劉志義3

(1.貴州開磷集團礦業(yè)總公司, 貴州貴陽 550302;2.鹽田港集團有限公司, 廣東深圳市 518081;3.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院, 湖南長沙 410083)

隨著巷道埋深加大,巷道圍巖應(yīng)力逐漸增加,馬路坪礦大部分巷道出現(xiàn)了嚴重的變形和破壞。根據(jù)三心拱巷道受地應(yīng)力作用應(yīng)力集中的位置主要在頂、肩、底角,通過采用吸能錨桿及其與普通錨桿混合支護方式,解決了支護難題。

深部巷道;吸能錨桿;支護方式

馬路坪礦原支護設(shè)計中,樹脂錨桿的支護效果并不理想。隨著開采向縱深發(fā)展以及巷道服務(wù)年限的變長,原有的支護方案并不能實現(xiàn)大巷圍巖的穩(wěn)定,每 2～3 a就需要翻修 1次,花費了大量的人力和物力,同時運輸大巷是礦井的運輸咽喉要道,翻修嚴重影響了礦井的正常安全生產(chǎn)。隨著巷道埋深加大,巷道圍巖應(yīng)力逐漸增加,巷道支護中所暴露的問題越來越突出,大部分巷道出現(xiàn)了嚴重的變形和破壞,如片幫、冒落、坍塌、底臌等。根據(jù)馬路坪礦三心拱巷道受地應(yīng)力作用表現(xiàn)出的切向應(yīng)力集中的位置主要在頂、肩、底角,有必要研究新型的支護方式。

1 吸能錨桿

針對深部巷道支護的難題,提出并設(shè)計出一種吸能錨桿,該錨桿能夠適應(yīng)高應(yīng)力大變形巖體,不僅具有和剛性螺紋錨桿一樣較高的承載能力,同時還能夠在其破壞失效前提供像管縫式錨桿一樣的較大的變形能力,并隨著高應(yīng)力軟巖釋放塑性能時有限制地隨巖體發(fā)生協(xié)調(diào)變形,同時吸收和存儲部分變形能量,最大限度地減小能量釋放所產(chǎn)生的危害。實物如圖1 所示。

圖1 吸能錨桿

2 支護效果對比

原支護方案與改進后的方案對比見表1。為檢驗方案二的支護效果,并且與方案一進行比較,在 2個方案的地點進行為期 3個月的圍巖變形量動態(tài)監(jiān)測?，F(xiàn)場采用 S WJ- IV型隧道收斂計,斷面測點采用三角形布置,分別在拱頂中央、距底板 1.5 m處的兩側(cè)側(cè)壁上、底板中央布置測量點,如圖2所示,測量頂兩幫的收斂量、頂板的下沉量以及底板的臌起量。測量頻度為巷道剛開挖或支護后 1個月內(nèi),每天測量 1次;第 2個月內(nèi),每 2天測量 1次;第 3個月內(nèi),每周測量 1次,直至位移不變化或變化很小。2種支護方案圍巖變形情況對比見表2。

表1 新舊支護方案對比

圖2 全斷面觀測點布置

表2 各支護方案圍巖 3個月內(nèi)收斂變形情況對比

由表2可以看出,方案二比方案一在控制巷道變形方面具有明顯的優(yōu)勢。兩幫收斂量下降了45.5%,頂?shù)资諗苛肯陆盗?45.6%,其中底臌量下降了 57.5%。由方案二中的底臌量所占的比例比方案一中的大,可以推斷吸能錨桿在控制頂板變形方面更有作用?？梢钥隙ǖ氖?使用了吸能錨桿后,大大提高了巷道的穩(wěn)定性。這主要是由于吸能錨桿能提供較大的變形量,能隨著圍巖變形而發(fā)生一定量的變形,使圍巖自身的承載力得到最大的發(fā)揮,同時也能對巷道圍巖提供較強的支護阻力。方案二支護設(shè)計如圖3所示。

圖3 新型巷道支護方式設(shè)計

3 結(jié) 語

通過現(xiàn)場工業(yè)性試驗,將原有支護方案和改進的支護方案進行對比。通過 3個月的圍巖變形量動態(tài)監(jiān)測,可以得知采用改進的支護方案的巷道兩幫收斂量下降了 45.5%,頂?shù)资諗苛肯陆盗?45.6%,其中底臌量下降了 57.5%,大大提高了巷道的穩(wěn)定性,解決了一直困擾礦山的支護難題。

[1] 陳坤福.深部巷道圍巖破裂演化過程及其控制機理研究與應(yīng)用[D].北京:中國礦業(yè)大學(xué),2009.

[2] 何滿潮,謝和平,彭蘇萍,等.深部開采巖體力學(xué)研究 [J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005,24(16):2803-2813.

[3] Hoek E.Brown E T.Underground Excavation in Rock[M].The Institution of Mining and Metallurgy,1980.

[4] 王其勝.深部軟巖巷道礦壓特征與支護技術(shù)研究[D].長沙:中南大學(xué),2008.

[5] 鹿守敏,宋宏偉.巷道支護松動圈圍巖分類方法[J].光爆錨噴通訊,1991,8(3):21-25.

[6] 尹光志,王 登,張東明.高應(yīng)力軟巖下礦井巷道支護 [J].重慶大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2007,30(10):87-91.

2011-08-10)

李文成(1963-),男,貴州貴陽人,高級工程師,主要從事采礦方法、礦山地壓和巷道掘進與支護技術(shù)研究。