非煤礦井巷建設工程及支護技術的探討

李賓海

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

關鍵詞：非煤礦;井巷工程;支護技術;注意事項;

引言：把井巷支護技術歸納為傳統支護、金屬支架支護、錨桿系列支護及復合支護技術。分析了各自的特點及適用情況。總結了我國非煤礦山現行巷道支護的主要經驗和存在的問題，指出當前軟巖巷道支護技術研究中，在理論研究、設計施工及配套設備等方面均存在一些亟待解決的問題。

一、 傳統支護技術

傳統支護技術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構，襯砌指永久勝加固圍巖的結構。傳統支護技術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，而巷道的穩定主要靠圍巖坍塌致使硐室形狀改變后自行獲得。傳統支護將圍巖與支護分開考慮，把圍巖視作荷載，支護看成承載結構，二者之間形成“荷載一結構”體系，認為支護是為了承受由圍巖所產生的荷載，無法控制圍巖變形破壞的發生，只能起被動抵抗的作用。傳統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，以充分發揮圍巖和支護結構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

金屬支架支護技術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，在結構設計壓縮范圍內，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力所致，同時，由于支架承受側壓力和荷載的不均勻常使支架失去穩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，在地面工廠化預制，井下機械化裝配，組成全斷面封閉的和密集連續式的高強鋼筋混凝土板塊結構，主要適用于高地應力破碎隔巖巷道支護。最大優點是地面預制，質量有保證且利于批量化生產和井下機械化安裝，不足之處在于不能抵抗上覆巖層整體移動而產生的底板沉降及巷幫側壓，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件相互疊置搭接組裝而成，大多支護面呈拱形或環形，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巷道。具有抗壓性好、一次成巷好、安全系數大、抗災能力強、支架變形小和質量易保證等優點，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

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展。該階段技術發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復雜地質條件，發展了大批新型組合錨桿并在軟巖巷道支護中得到應用，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金屬網和混凝土噴層，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，并且由平面組合發展到空間組合，形成整體支護結構體系。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，并發展了錨噴網、錨梁網及錨帶網等多-種組合錨桿聯合支護形式并廣泛應用于礦區支護實踐，更多具體用途及結構形式的錨桿也層出不窮，此階段相應的支護理論有組合支撐拱理論及組合支撐梁理論等。

3.預應力錨桿支護階段。隨著錨桿支護技術在松軟動壓及大跨度巷道中的推廣應用，圍巖體片幫冒頂現象嚴重。工程應用發現無預應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，采用有橫井向預應力的管縫式錨桿和錨桿桁架，能顯著改善支護效果，其代表產品或結構主要有桁架錨桿、-水脹式錨桿和縫管式錨桿，這3類錨桿均具有-良好橫向預應力和一定縱向預應力，其支護效果已為國內外礦山支護實踐所證實，研究表明，當錨桿預應力高于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緊力，才沖旨真正發揮其主動支護的蒸作用，充分發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，地質環境更加復雜，巖層破碎更為嚴重，導致突發性工程災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。強力錨桿支護系統能大幅度提高巷道初期剛度和強度，有效控制高應力巷道結構面離層、滑動、裂隙張開及新裂紋產生等不連續變形，同時支護系統具有足夠延伸率，允許巷道圍巖有較大連續變形，使得圍巖高應力得以釋放。

四、結語

總之，當前天華礦業公司松湖鐵礦開采已進入2360m水平作業，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，故實現高剛度、高強度、高町靠性與低支護密度的“三高一低”支護設計理念，極大提高了巷道布置時間與空間上的自主性，對緩解天華礦業公司松湖鐵礦采掘接續緊張局面具有重要意義。

參考文獻：

[1]王紅.非煤礦井巷建設工程及支護技術的探討.2019.

[2]劉志鋒.錨桿錨索聯合支護技術在礦井巷中的應用.2020.