試論構造區的巷道掘進及回采圍巖控制

【摘要】地質構造區巖石破碎、圍巖垮落、冒頂，影響巷道掘進和回采安全技術速度。構造區巷道掘進與回采圍巖的控制是個難題。對構造區進行探測，錨、注構造區巷道與采場圍巖。從而加固圍巖，以改善和提高圍巖本身的力學性能，改善或保持圍巖的穩定性，滿足工程要求。

【關鍵詞】地質構造區；探測；錨注；圍巖控制

地質構造區巷道掘進及回采圍巖控制是礦山技術施工管理中的難題，特別是隨著開采深度的增加，掘進和回采作業工作面地壓增大，當巷道掘進和回采作業盲目揭露地質破碎帶時，常出現圍巖垮落、巷道冒頂等安全事故，影響巷道掘進施工安全技術進度，在圍巖控制上，也只能待破碎帶冒落穩定后進行，無有效可行辦法。確定合理的支護方案，顯得尤為重要。但要想有效的進行礦區地質構造區巷道掘進及回采圍巖控制，必須根據巷道掘進及回采圍巖所處的工程地質環境，進行巷道掘進及回采圍巖穩定性分析，選擇合理的參數，確定最佳支護時間和支護手段，以滿足礦山安全生產的需要。

1.地質構造區巷道掘進及回采圍巖破壞機理分析

在沒有開挖工程擾動的情況下，地質構造區巖體處于原始平衡狀態，巷道掘進和采場的回采，打破了原始平衡狀態，導致地應力的釋放，從而引起巖體的變形和向自由面的位移，引起巷道和圍巖應力的重新分布。圍巖的過量位移和應力集中，將導致圍巖局部或整體的失穩和破壞，這就是地壓發生的過程和機理。地壓和巖體的受力狀態、巖體結構和質量、巖體物理力學性質、工程地質條件以及時間等因素有關。“地壓顯現”可以表現為各種不同的形式，如巖石變形、微觀或宏觀破裂、巖層移動、巷道底臌、片幫、冒頂、斷面收縮、支架破壞、采場震落等。

1.1地質構造區的概念

地質構造是指地殼中的巖層地殼運動的作用發生變形與變位而遺留下來的形態。地質構造作用是指主要由地球內部能量引起的地殼或巖石圈物質的機械運動的作用。它使巖石發生變形的主要類型是褶皺和斷裂，使巖石發生變位的方式有水平運動和升降運動。對于一個具體礦床，當選擇了合理的采礦方法后，就要從地面掘進一系列巷道通達礦體，適當地采出有用礦物。當巷道掘進和礦體回采揭露地質破碎帶時，常出現圍巖垮落、巷道冒頂等安全事故。因此，對地質構造區圍巖、巷道確定合理的支護方案，顯得尤為重要。

1.2與巖層有關的地質構造區

巷道開挖位置一旦確定，其圍巖結構狀態就不再改變，地質構造區的巖層即為巷道維護的關健部位；另外，回采處于地質破碎帶上的礦體時，常出現圍巖跨落，采場頂板塌方等安全事故，必需對圍巖和頂板采用適當的維護和加固措施。

2.地質構造區巷道掘進及回采圍巖支護技術關健技術手段研究

2.1探測技術

根據已知的地質資料，利用瑞利波探測儀，對可能出現地質構造區的巖層進行超前探測，分析探測區域內明顯地質異常，明確地質異常屬性、賦存位置，掌握構造帶準確位置。當巷道掘進、礦塊回采至構造區域破碎帶一定距離時，施工破碎圍巖巷道快速通過，對即將回采礦塊時采取相應的控制技術。

2.2錨、注支護技術

從巷道圍巖的支護和采場頂板及圍巖的維護的全過程出發，考慮開挖后礦體或圍巖對支護的動態力學響應。我們采用的巷道圍巖及采空區控制技術，是將圍巖及采空區看作傳遞和產生載荷的介質，同時也與各種在其內部或外部支撐的支護結構物構成統一的、相互作用的共同承載體[1]。通過注漿錨桿將破碎圍巖注漿加固與打設全長錨固錨桿兩種加固手段以及操作工藝流程有機結合，使“注、錨”一體化。

2.2.1錨注支護加固機理

（1）注漿錨桿注漿后，漿液封堵了圍巖或礦體的裂隙，隔絕了空氣，可以防止巖石風化，且能防止巖石被水浸濕后巖石本身的強度降低。

（2）注漿錨桿注漿后將松散破碎的巖石膠結，形成整體，提高了巖體的內聚力、內摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強度，其力學性能得到改善和提高，可以實現利用圍巖或采場未采礦體本身作為支護結構的一部分。

（3）注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上。避免出現應力集中點而首先破壞。

（4）利用注漿錨桿注漿充填巖體裂隙，配合錨噴支護，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網組合拱、錨桿壓縮區組合拱及漿液擴散加固拱，使巷道圍巖或采場未采礦體膠結成拱形連續體加固圈，擴大了支護結構的有效承載范圍，使圍巖沿徑向擠壓的圍巖壓力轉換成切向壓力，防止圍巖松動范圍進一步擴展。

（5）注漿后，使得作用到頂板上的壓力能有效傳遞到幫，通過對兩幫的加固，又能把荷載傳到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應力，兩幫穩定的情況下又能保持拱頂的穩定；頂板的穩定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關鍵取決于兩幫的穩定，因此注漿支護的又一個重點就是保證兩幫與底板的穩定，從而保證整個支護結構的穩定。

（6）注漿錨桿本身為全長錨固的錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長錨固錨桿，從而將多層組合拱聯成一個整體，共同承載，提高了支護結構的整體性。

（7）注漿使锝支護結構面尺寸加大，圍巖作用在支護結構上的荷載所產生的彎距減少，從而降低了支護結構中產生的拉應力和壓應力，因此能承受更大的荷載，提高了支護結構的承載能力，擴大了支護結構的適應性。

（8）注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個整體，從而能在構造應力作用下保持穩定而不易產生破壞。

2.2.2錨、注支護相關技術研究

通過錨噴支護，在掘進巷道和回采圍巖表面形成噴層，改善了圍巖與支架的受力狀態，及時向圍巖提供了支護抗力pi（徑向力），使圍巖表層巖體由未支護時的二向受力狀態變為三向受力狀態，提高了圍巖強度。

3.地質構造區巷道掘進及回采圍巖支護技術應用情況

地質構造復雜區域的開采、巷道圍巖控制是影響礦井安全高效生產的主要制約因素。“錨、注”支護技術，在許多礦山長期應用。為礦區深部巷道快速掘進及采場回采頂板和圍巖控制解決了實際問題，以最少的成本、工期投入，取得了非常理想的效果，

4.錨、注支護技術中應注意的問題

（1）當地質破碎帶在巷道掘進和采場回采被揭露出來時，為防止圍巖和頂板大面積跨落、冒頂等安全事故的發生，應在盡量短的時間內，先撬除頂板與兩幫的浮石，對頂板與圍巖打錨桿、注漿，從根本上改變圍巖力學特性，減少圍巖變形，提高自承能力。

（2）要對注漿材料（水泥、水玻璃）的質量把關，選用符合要求、優質的水泥和水玻璃，以保證注漿后，能迅膠結破碎區圍巖。

（3）要合理把握錨桿的施工網度，建議排距為0.8米，間距為1米。前排錨桿與后排錨桿交叉布置，建議使用的錨桿長度在2米以上。

綜上所述，錨、注支護技術在實際運用中，有許多問題需要完善。盡管如此，在深部采掘工程中，對地質構造區巷道掘進及回采圍巖進行“探、錨、注”支護不失為一種有效的技術方案。從提高圍巖強度角度出發，該技術方案科學合理，能取得良好的支護效果和較大的經濟效益。對類似條件下巷道掘進及回采圍巖控制有一定的參考作用。 [科]

【參考文獻】

［１］高磊主編.礦山巖石力學.機械工業出版社，1987.3.