巷道支護技術在采礦作業(yè)的研究與應用

魯開金　黃維　趙洋

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦山東萊州271100）

巷道支護技術在采礦作業(yè)的研究與應用

魯開金黃維趙洋

（山東黃金礦業(yè)（萊州）有限公司三山島金礦山東萊州271100）

本文介紹了巷道支護現(xiàn)有的類型,進一步分析了巷道支護與圍巖的相互作用關系,對目前主要的巷道支護理論進行深入的了評價。著重介紹了錨桿支護成套技術,包括地質力學測試、錨桿支護設計、支護材料、施工機具與工藝等。通過極軟巖巷道分析,介紹了錨桿支護的應用效果。實踐表明:錨桿支護已經成現(xiàn)在巷道技術、安全高效的主要支護方式,顯著提高了巷道支護效果,保證了采金工作面的安全、快速推進,促進了金礦產量的大幅度增長。

黃金采礦巷道支護錨桿支護成套技術

1　巷道支護形式

根據(jù)支護對圍巖的作用方式可將金礦巷道支護分為5類。

1.1砌碹支護

砌碹支護是應用很早的支護方式，目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護材料可分為：料石、混凝土砌塊、現(xiàn)澆混凝土、現(xiàn)澆鋼筋混凝土等。但是,砌碹支護屬于剛性被動支護,不僅支護成本高、施工速度慢,勞動強度大,而且不能適應圍巖大變形。除特殊巷道和硐室，一般不宜采用。

1.2棚式支架

棚式支護曾經是金礦巷道的主要支護方式,在20世紀90年代初,這種支護所占的比重高達80%以上。按支護材料可分為木支架、鋼筋混凝土支架及金屬支架，其中木支架與鋼筋混凝土支架已經逐步被淘汰。金屬支架按工作原理分剛性與可縮性支架;按支架材料分為工字鋼、U型鋼及其它;按斷面分為梯形、拱形、圓形、環(huán)形。但是,棚式支架也屬于被動支護,支架與巷道表面很難密切接觸,控制圍巖早期變形的能力差,在復雜困難條件下支護效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年減少，被錨桿支護逐漸替代。

1.3錨噴支護

我國金礦于1956年開始在巖巷中使用錨噴支護，至今已有50多年的歷史。噴射混凝土可及時封閉巷道周邊，實施密貼支護，減少水、風對圍巖強度的影響。錨桿可及時支護圍巖,起到主動加固作用,充分發(fā)揮圍巖的自承能力。經過多年來連續(xù)不斷的研究、試驗與推廣應用，錨噴支護技術無論在支護理論、支護設計,還是支護材料、施工機具與工藝、質量檢測與礦壓監(jiān)測方面都取得了長足發(fā)展。錨噴支護僅成為巖巷首選的、性能優(yōu)越的支護形式，而且錨桿支護也成為金巷的主體支護方式[3]。

1.4注漿加固

在破碎金巖體中開掘或維修巷道，采用棚式支護或錨桿支護很難取得較好的支護效果，圍巖注漿加固是一條有效途徑。注漿漿液可充填圍巖裂隙，將破碎巖體固結，改善圍巖結構，增加圍巖自身承載能力。目前注漿材料主要有兩大類型:水泥基材料和高分子材料，可根據(jù)巷道地質與生產條件選取。

1.5復合支護

復合支護是采用兩種或兩種以上的支護方式聯(lián)合支護巷道如果能充分發(fā)揮每種支護方式的支護性能,做到優(yōu)勢互補,復合支護會有更好的支護效果和更廣泛的適用范圍。復合支護雖然適用范圍廣,但支護費用高,成巷速度慢,支護形式選擇不匹配時,往往造成各個擊破的情況[4]。應針對巷道具體條件,選擇合理的復合支護形式,才能達到預期效果。

2　金礦巷道支護理論

我國學者在巷道支護理論方面做了大量工作,提出多種支護理論,并在生產實踐中起到積極的指導作用。以下簡單介紹幾種理論。

2.1新奧法支護理論

結合金礦行業(yè)自身特點,對新奧法支護理論進行了較好的完善和發(fā)展,形成以下支護原則:采用光面爆破;采用早強噴射混凝土及時封閉巷道周邊,實施密貼支護;采用錨噴支護,主動加固圍巖,提高其自承能力,在圍巖內形成承載圈;實施二次支護;對破碎圍巖實施注漿加固;實施動態(tài)設計和動態(tài)施工等。

2.2聯(lián)合支護理論

聯(lián)合支護理論認為:對于復雜困難巷道,只提高支護體剛度難以有效控制圍巖變形,要先柔后剛,先讓后抗,柔讓適度,穩(wěn)定支護。聯(lián)合支護理論在困難巷道中得到比較廣泛的應用,但隨著圍巖條件越來越差,該理論受到了挑戰(zhàn)。有些巷道采用聯(lián)合支護并不理想,需要多次維修和翻修,圍巖變形一直不能穩(wěn)定。

2.3松動圈支護理論

圍巖松動圈支護理論認為:巷道開挖后一般會出現(xiàn)松動圈，圍巖最大變形載荷是松動圈產生過程中的碎脹變形,圍巖破裂過程中巖石碎脹變形是支護對象。松動圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護也越困難。根據(jù)松動圈的大小進行了圍巖分類，并提出了相應的支護形式。

2.4圍巖強度強化理論

研究學者提出巷道錨桿支護圍巖強度強化理論，認為錨桿支護可提高錨固體的力學參數(shù),改善被錨巖體的力學性能，錨固區(qū)域巖體的峰值強度、峰后強度及殘余強度均能得到強化，錨桿支護可改變圍巖應力狀態(tài)，增加圍壓，提高圍巖承載能力。

3　錨桿支護技術的發(fā)展

3.1巷道圍巖地質力學測試技術

針對圍巖三要素:應力、強度及結構,金礦科學研究總院開采設計研究分院開發(fā)出金礦井下金巖體地質力學快速測試系統(tǒng),包括小孔徑水壓致裂地應力測量裝置,鉆孔觸探法強度測定裝置及礦用電子鉆孔窺視儀。

3.2錨桿支護設計方法

隨著對巷道圍巖地質條件復雜性與多變性的深入了解,以及數(shù)值計算在采礦工程中的快速發(fā)展與應用,動態(tài)性、系統(tǒng)性、信息化的設計方法，即動態(tài)信息設計法得到普遍認可與應用。支護設計不是一次完成的,而是一個動態(tài)過程；初始設計采用數(shù)值模擬方法,通過多方案比較確定合理的設計參數(shù);設計充分利用每個過程中提供的信息,實時進行信息收集、分析與信息反饋。

4　結束語

金礦巷道支護經歷了木支護、砌碹支護、型鋼支護到錨桿支護的發(fā)展過程。實踐證明,錨桿支護是經濟、有效的支護技術,是金礦實現(xiàn)高產高效生產必不可少的關鍵技術之一。金礦錨桿支護技術經歷了從低強度、高強度到高預應力、強力支護的發(fā)展過程。目前已開發(fā)出包括巷道圍巖地質力學測試、動態(tài)信息支護設計、高強度與高剛度支護材料、快速施工機具與工藝量檢測與礦壓監(jiān)測及錨固與注漿聯(lián)合加固在內的錨桿支護成套技術,成為首選、安全高效的主要支護方式。

[1]康紅普,王金華.金巷錨桿支護理論與成套技術[M].北京:北京工業(yè)出版社,2007.

[2]侯朝炯,郭勵生,勾攀峰,等.金巷錨桿支護[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,1999.

TD353[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-461-1