磷矿山深部巷道支护应用技术研究
2011-11-16李文成王建华刘志义
李文成,王建华,姚 华,许 杰,张 寿,刘志义
(1.贵州开磷集团矿业总公司, 贵州贵阳 550302;2.盐田港集团有限公司, 广东深圳市 518081;3.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)
磷矿山深部巷道支护应用技术研究
李文成1,王建华2,姚 华1,许 杰3,张 寿1,刘志义3
(1.贵州开磷集团矿业总公司, 贵州贵阳 550302;2.盐田港集团有限公司, 广东深圳市 518081;3.中南大学资源与安全工程学院, 湖南长沙 410083)
随着巷道埋深加大,巷道围岩应力逐渐增加,马路坪矿大部分巷道出现了严重的变形和破坏。根据三心拱巷道受地应力作用应力集中的位置主要在顶、肩、底角,通过采用吸能锚杆及其与普通锚杆混合支护方式,解决了支护难题。
深部巷道;吸能锚杆;支护方式
马路坪矿原支护设计中,树脂锚杆的支护效果并不理想。随着开采向纵深发展以及巷道服务年限的变长,原有的支护方案并不能实现大巷围岩的稳定,每 2～3 a就需要翻修 1次,花费了大量的人力和物力,同时运输大巷是矿井的运输咽喉要道,翻修严重影响了矿井的正常安全生产。随着巷道埋深加大,巷道围岩应力逐渐增加,巷道支护中所暴露的问题越来越突出,大部分巷道出现了严重的变形和破坏,如片帮、冒落、坍塌、底臌等。根据马路坪矿三心拱巷道受地应力作用表现出的切向应力集中的位置主要在顶、肩、底角,有必要研究新型的支护方式。
1 吸能锚杆
针对深部巷道支护的难题,提出并设计出一种吸能锚杆,该锚杆能够适应高应力大变形岩体,不仅具有和刚性螺纹锚杆一样较高的承载能力,同时还能够在其破坏失效前提供像管缝式锚杆一样的较大的变形能力,并随着高应力软岩释放塑性能时有限制地随岩体发生协调变形,同时吸收和存储部分变形能量,最大限度地减小能量释放所产生的危害。实物如图1 所示。
图1 吸能锚杆
2 支护效果对比
原支护方案与改进后的方案对比见表1。为检验方案二的支护效果,并且与方案一进行比较,在 2个方案的地点进行为期 3个月的围岩变形量动态监测。现场采用 S WJ- IV型隧道收敛计,断面测点采用三角形布置,分别在拱顶中央、距底板 1.5 m处的两侧侧壁上、底板中央布置测量点,如图2所示,测量顶两帮的收敛量、顶板的下沉量以及底板的臌起量。测量频度为巷道刚开挖或支护后 1个月内,每天测量 1次;第 2个月内,每 2天测量 1次;第 3个月内,每周测量 1次,直至位移不变化或变化很小。2种支护方案围岩变形情况对比见表2。
表1 新旧支护方案对比
图2 全断面观测点布置
表2 各支护方案围岩 3个月内收敛变形情况对比
由表2可以看出,方案二比方案一在控制巷道变形方面具有明显的优势。两帮收敛量下降了45.5%,顶底收敛量下降了 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,可以推断吸能锚杆在控制顶板变形方面更有作用。可以肯定的是,使用了吸能锚杆后,大大提高了巷道的稳定性。这主要是由于吸能锚杆能提供较大的变形量,能随着围岩变形而发生一定量的变形,使围岩自身的承载力得到最大的发挥,同时也能对巷道围岩提供较强的支护阻力。方案二支护设计如图3所示。
图3 新型巷道支护方式设计
3 结 语
通过现场工业性试验,将原有支护方案和改进的支护方案进行对比。通过 3个月的围岩变形量动态监测,可以得知采用改进的支护方案的巷道两帮收敛量下降了 45.5%,顶底收敛量下降了 45.6%,其中底臌量下降了 57.5%,大大提高了巷道的稳定性,解决了一直困扰矿山的支护难题。
[1] 陈坤福.深部巷道围岩破裂演化过程及其控制机理研究与应用[D].北京:中国矿业大学,2009.
[2] 何满潮,谢和平,彭苏萍,等.深部开采岩体力学研究 [J].岩石力学与工程学报,2005,24(16):2803-2813.
[3] Hoek E.Brown E T.Underground Excavation in Rock[M].The Institution of Mining and Metallurgy,1980.
[4] 王其胜.深部软岩巷道矿压特征与支护技术研究[D].长沙:中南大学,2008.
[5] 鹿守敏,宋宏伟.巷道支护松动圈围岩分类方法[J].光爆锚喷通讯,1991,8(3):21-25.
[6] 尹光志,王 登,张东明.高应力软岩下矿井巷道支护 [J].重庆大学学报(自然科学版),2007,30(10):87-91.
2011-08-10)
李文成(1963-),男,贵州贵阳人,高级工程师,主要从事采矿方法、矿山地压和巷道掘进与支护技术研究。
