巷道支护技术在采矿作业的研究与应用

鲁开金　黄维　赵洋

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东莱州271100）

巷道支护技术在采矿作业的研究与应用

鲁开金黄维赵洋

（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿山东莱州271100）

本文介绍了巷道支护现有的类型,进一步分析了巷道支护与围岩的相互作用关系,对目前主要的巷道支护理论进行深入的了评价。着重介绍了锚杆支护成套技术,包括地质力学测试、锚杆支护设计、支护材料、施工机具与工艺等。通过极软岩巷道分析,介绍了锚杆支护的应用效果。实践表明:锚杆支护已经成现在巷道技术、安全高效的主要支护方式,显著提高了巷道支护效果,保证了采金工作面的安全、快速推进,促进了金矿产量的大幅度增长。

黄金采矿巷道支护锚杆支护成套技术

1　巷道支护形式

根据支护对围岩的作用方式可将金矿巷道支护分为5类。

1.1砌碹支护

砌碹支护是应用很早的支护方式，目前在一些矿井的硐室、大巷中仍然采用。按砌碹支护材料可分为：料石、混凝土砌块、现浇混凝土、现浇钢筋混凝土等。但是,砌碹支护属于刚性被动支护,不仅支护成本高、施工速度慢,劳动强度大,而且不能适应围岩大变形。除特殊巷道和硐室，一般不宜采用。

1.2棚式支架

棚式支护曾经是金矿巷道的主要支护方式,在20世纪90年代初,这种支护所占的比重高达80%以上。按支护材料可分为木支架、钢筋混凝土支架及金属支架，其中木支架与钢筋混凝土支架已经逐步被淘汰。金属支架按工作原理分刚性与可缩性支架;按支架材料分为工字钢、U型钢及其它;按断面分为梯形、拱形、圆形、环形。但是,棚式支架也属于被动支护,支架与巷道表面很难密切接触,控制围岩早期变形的能力差,在复杂困难条件下支护效果差、成本高。棚式支架的用量在逐年减少，被锚杆支护逐渐替代。

1.3锚喷支护

我国金矿于1956年开始在岩巷中使用锚喷支护，至今已有50多年的历史。喷射混凝土可及时封闭巷道周边，实施密贴支护，减少水、风对围岩强度的影响。锚杆可及时支护围岩,起到主动加固作用,充分发挥围岩的自承能力。经过多年来连续不断的研究、试验与推广应用，锚喷支护技术无论在支护理论、支护设计,还是支护材料、施工机具与工艺、质量检测与矿压监测方面都取得了长足发展。锚喷支护仅成为岩巷首选的、性能优越的支护形式，而且锚杆支护也成为金巷的主体支护方式[3]。

1.4注浆加固

在破碎金岩体中开掘或维修巷道，采用棚式支护或锚杆支护很难取得较好的支护效果，围岩注浆加固是一条有效途径。注浆浆液可充填围岩裂隙，将破碎岩体固结，改善围岩结构，增加围岩自身承载能力。目前注浆材料主要有两大类型:水泥基材料和高分子材料，可根据巷道地质与生产条件选取。

1.5复合支护

复合支护是采用两种或两种以上的支护方式联合支护巷道如果能充分发挥每种支护方式的支护性能,做到优势互补,复合支护会有更好的支护效果和更广泛的适用范围。复合支护虽然适用范围广,但支护费用高,成巷速度慢,支护形式选择不匹配时,往往造成各个击破的情况[4]。应针对巷道具体条件,选择合理的复合支护形式,才能达到预期效果。

2　金矿巷道支护理论

我国学者在巷道支护理论方面做了大量工作,提出多种支护理论,并在生产实践中起到积极的指导作用。以下简单介绍几种理论。

2.1新奥法支护理论

结合金矿行业自身特点,对新奥法支护理论进行了较好的完善和发展,形成以下支护原则:采用光面爆破;采用早强喷射混凝土及时封闭巷道周边,实施密贴支护;采用锚喷支护,主动加固围岩,提高其自承能力,在围岩内形成承载圈;实施二次支护;对破碎围岩实施注浆加固;实施动态设计和动态施工等。

2.2联合支护理论

联合支护理论认为:对于复杂困难巷道,只提高支护体刚度难以有效控制围岩变形,要先柔后刚,先让后抗,柔让适度,稳定支护。联合支护理论在困难巷道中得到比较广泛的应用,但随着围岩条件越来越差,该理论受到了挑战。有些巷道采用联合支护并不理想,需要多次维修和翻修,围岩变形一直不能稳定。

2.3松动圈支护理论

围岩松动圈支护理论认为:巷道开挖后一般会出现松动圈，围岩最大变形载荷是松动圈产生过程中的碎胀变形,围岩破裂过程中岩石碎胀变形是支护对象。松动圈越大，碎胀变形越大，围岩变形量越大，巷道支护也越困难。根据松动圈的大小进行了围岩分类，并提出了相应的支护形式。

2.4围岩强度强化理论

研究学者提出巷道锚杆支护围岩强度强化理论，认为锚杆支护可提高锚固体的力学参数,改善被锚岩体的力学性能，锚固区域岩体的峰值强度、峰后强度及残余强度均能得到强化，锚杆支护可改变围岩应力状态，增加围压，提高围岩承载能力。

3　锚杆支护技术的发展

3.1巷道围岩地质力学测试技术

针对围岩三要素:应力、强度及结构,金矿科学研究总院开采设计研究分院开发出金矿井下金岩体地质力学快速测试系统,包括小孔径水压致裂地应力测量装置,钻孔触探法强度测定装置及矿用电子钻孔窥视仪。

3.2锚杆支护设计方法

随着对巷道围岩地质条件复杂性与多变性的深入了解,以及数值计算在采矿工程中的快速发展与应用,动态性、系统性、信息化的设计方法，即动态信息设计法得到普遍认可与应用。支护设计不是一次完成的,而是一个动态过程；初始设计采用数值模拟方法,通过多方案比较确定合理的设计参数;设计充分利用每个过程中提供的信息,实时进行信息收集、分析与信息反馈。

4　结束语

金矿巷道支护经历了木支护、砌碹支护、型钢支护到锚杆支护的发展过程。实践证明,锚杆支护是经济、有效的支护技术,是金矿实现高产高效生产必不可少的关键技术之一。金矿锚杆支护技术经历了从低强度、高强度到高预应力、强力支护的发展过程。目前已开发出包括巷道围岩地质力学测试、动态信息支护设计、高强度与高刚度支护材料、快速施工机具与工艺量检测与矿压监测及锚固与注浆联合加固在内的锚杆支护成套技术,成为首选、安全高效的主要支护方式。

[1]康红普,王金华.金巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京:北京工业出版社,2007.

[2]侯朝炯,郭励生,勾攀峰,等.金巷锚杆支护[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.

TD353[文献码]B

1000-405X（2015）-7-461-1