巷道支護(hù)技術(shù)在采礦作業(yè)的研究與應(yīng)用

魯開(kāi)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(hù)技術(shù)在采礦作業(yè)的研究與應(yīng)用

魯開(kāi)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(hù)現(xiàn)有的類(lèi)型,進(jìn)一步分析了巷道支護(hù)與圍巖的相互作用關(guān)系,對(duì)目前主要的巷道支護(hù)理論進(jìn)行深入的了評(píng)價(jià)。著重介紹了錨桿支護(hù)成套技術(shù),包括地質(zhì)力學(xué)測(cè)試、錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)、支護(hù)材料、施工機(jī)具與工藝等。通過(guò)極軟巖巷道分析,介紹了錨桿支護(hù)的應(yīng)用效果。實(shí)踐表明:錨桿支護(hù)已經(jīng)成現(xiàn)在巷道技術(shù)、安全高效的主要支護(hù)方式,顯著提高了巷道支護(hù)效果,保證了采金工作面的安全、快速推進(jìn),促進(jìn)了金礦產(chǎn)量的大幅度增長(zhǎng)。

黃金采礦巷道支護(hù)錨桿支護(hù)成套技術(shù)

1　巷道支護(hù)形式

根據(jù)支護(hù)對(duì)圍巖的作用方式可將金礦巷道支護(hù)分為5類(lèi)。

1.1砌碹支護(hù)

砌碹支護(hù)是應(yīng)用很早的支護(hù)方式，目前在一些礦井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支護(hù)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(hù)屬于剛性被動(dòng)支護(hù),不僅支護(hù)成本高、施工速度慢,勞動(dòng)強(qiáng)度大,而且不能適應(yīng)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(hù)曾經(jīng)是金礦巷道的主要支護(hù)方式,在20世紀(jì)90年代初,這種支護(hù)所占的比重高達(dá)80%以上。按支護(hù)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(jīng)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(dòng)支護(hù),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(fù)雜困難條件下支護(hù)效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年減少，被錨桿支護(hù)逐漸替代。

1.3錨噴支護(hù)

我國(guó)金礦于1956年開(kāi)始在巖巷中使用錨噴支護(hù)，至今已有50多年的歷史。噴射混凝土可及時(shí)封閉巷道周邊，實(shí)施密貼支護(hù)，減少水、風(fēng)對(duì)圍巖強(qiáng)度的影響。錨桿可及時(shí)支護(hù)圍巖,起到主動(dòng)加固作用,充分發(fā)揮圍巖的自承能力。經(jīng)過(guò)多年來(lái)連續(xù)不斷的研究、試驗(yàn)與推廣應(yīng)用，錨噴支護(hù)技術(shù)無(wú)論在支護(hù)理論、支護(hù)設(shè)計(jì),還是支護(hù)材料、施工機(jī)具與工藝、質(zhì)量檢測(cè)與礦壓監(jiān)測(cè)方面都取得了長(zhǎng)足發(fā)展。錨噴支護(hù)僅成為巖巷首選的、性能優(yōu)越的支護(hù)形式，而且錨桿支護(hù)也成為金巷的主體支護(hù)方式[3]。

1.4注漿加固

在破碎金巖體中開(kāi)掘或維修巷道，采用棚式支護(hù)或錨桿支護(hù)很難取得較好的支護(hù)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(jié)，改善圍巖結(jié)構(gòu)，增加圍巖自身承載能力。目前注漿材料主要有兩大類(lèi)型:水泥基材料和高分子材料，可根據(jù)巷道地質(zhì)與生產(chǎn)條件選取。

1.5復(fù)合支護(hù)

復(fù)合支護(hù)是采用兩種或兩種以上的支護(hù)方式聯(lián)合支護(hù)巷道如果能充分發(fā)揮每種支護(hù)方式的支護(hù)性能,做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),復(fù)合支護(hù)會(huì)有更好的支護(hù)效果和更廣泛的適用范圍。復(fù)合支護(hù)雖然適用范圍廣,但支護(hù)費(fèi)用高,成巷速度慢,支護(hù)形式選擇不匹配時(shí),往往造成各個(gè)擊破的情況[4]。應(yīng)針對(duì)巷道具體條件,選擇合理的復(fù)合支護(hù)形式,才能達(dá)到預(yù)期效果。

2　金礦巷道支護(hù)理論

我國(guó)學(xué)者在巷道支護(hù)理論方面做了大量工作,提出多種支護(hù)理論,并在生產(chǎn)實(shí)踐中起到積極的指導(dǎo)作用。以下簡(jiǎn)單介紹幾種理論。

2.1新奧法支護(hù)理論

結(jié)合金礦行業(yè)自身特點(diǎn),對(duì)新奧法支護(hù)理論進(jìn)行了較好的完善和發(fā)展,形成以下支護(hù)原則:采用光面爆破;采用早強(qiáng)噴射混凝土及時(shí)封閉巷道周邊,實(shí)施密貼支護(hù);采用錨噴支護(hù),主動(dòng)加固圍巖,提高其自承能力,在圍巖內(nèi)形成承載圈;實(shí)施二次支護(hù);對(duì)破碎圍巖實(shí)施注漿加固;實(shí)施動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)施工等。

2.2聯(lián)合支護(hù)理論

聯(lián)合支護(hù)理論認(rèn)為:對(duì)于復(fù)雜困難巷道,只提高支護(hù)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(hù)。聯(lián)合支護(hù)理論在困難巷道中得到比較廣泛的應(yīng)用,但隨著圍巖條件越來(lái)越差,該理論受到了挑戰(zhàn)。有些巷道采用聯(lián)合支護(hù)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(dòng)圈支護(hù)理論

圍巖松動(dòng)圈支護(hù)理論認(rèn)為:巷道開(kāi)挖后一般會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)圈，圍巖最大變形載荷是松動(dòng)圈產(chǎn)生過(guò)程中的碎脹變形,圍巖破裂過(guò)程中巖石碎脹變形是支護(hù)對(duì)象。松動(dòng)圈越大，碎脹變形越大，圍巖變形量越大，巷道支護(hù)也越困難。根據(jù)松動(dòng)圈的大小進(jìn)行了圍巖分類(lèi)，并提出了相應(yīng)的支護(hù)形式。

2.4圍巖強(qiáng)度強(qiáng)化理論

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

3　錨桿支護(hù)技術(shù)的發(fā)展

3.1巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試技術(shù)

針對(duì)圍巖三要素:應(yīng)力、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu),金礦科學(xué)研究總院開(kāi)采設(shè)計(jì)研究分院開(kāi)發(fā)出金礦井下金巖體地質(zhì)力學(xué)快速測(cè)試系統(tǒng),包括小孔徑水壓致裂地應(yīng)力測(cè)量裝置,鉆孔觸探法強(qiáng)度測(cè)定裝置及礦用電子鉆孔窺視儀。

3.2錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)方法

隨著對(duì)巷道圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜性與多變性的深入了解,以及數(shù)值計(jì)算在采礦工程中的快速發(fā)展與應(yīng)用,動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)性、信息化的設(shè)計(jì)方法，即動(dòng)態(tài)信息設(shè)計(jì)法得到普遍認(rèn)可與應(yīng)用。支護(hù)設(shè)計(jì)不是一次完成的,而是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程；初始設(shè)計(jì)采用數(shù)值模擬方法,通過(guò)多方案比較確定合理的設(shè)計(jì)參數(shù);設(shè)計(jì)充分利用每個(gè)過(guò)程中提供的信息,實(shí)時(shí)進(jìn)行信息收集、分析與信息反饋。

4　結(jié)束語(yǔ)

金礦巷道支護(hù)經(jīng)歷了木支護(hù)、砌碹支護(hù)、型鋼支護(hù)到錨桿支護(hù)的發(fā)展過(guò)程。實(shí)踐證明,錨桿支護(hù)是經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)技術(shù),是金礦實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效生產(chǎn)必不可少的關(guān)鍵技術(shù)之一。金礦錨桿支護(hù)技術(shù)經(jīng)歷了從低強(qiáng)度、高強(qiáng)度到高預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)力支護(hù)的發(fā)展過(guò)程。目前已開(kāi)發(fā)出包括巷道圍巖地質(zhì)力學(xué)測(cè)試、動(dòng)態(tài)信息支護(hù)設(shè)計(jì)、高強(qiáng)度與高剛度支護(hù)材料、快速施工機(jī)具與工藝量檢測(cè)與礦壓監(jiān)測(cè)及錨固與注漿聯(lián)合加固在內(nèi)的錨桿支護(hù)成套技術(shù),成為首選、安全高效的主要支護(hù)方式。

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

[2]侯朝炯,郭勵(lì)生,勾攀峰,等.金巷錨桿支護(hù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1999.

TD353[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-461-1