对复杂地质条件下巷道支护技术研究

黄杰

摘要：长期以来，各种形式的地下工程（铁路隧道，公路隧道，矿井隧道，水工隧道，国防和民防工程，市政渠道，城市地铁和地下商业建筑等）已在国内外广泛使用。由于地下工程的环境和应力条件与地基工程有很大的不同，地面工程的设计理论和方法不能简单地用于解决地下工程问题。本文阐述了常用的巷道支护技术，并针对云锡公司卡房分矿做了具体的分析。

关键词：复杂地质;巷道支护;技术研究

1国内外矿山巷道支护理论

1.1国外理论

国外道支护理论的研究早于其他国家。目前，最实用，最发达的理论如下：一是新奥法理论，它是奥地利专家在总结前人经验的基础上于20世纪60年代提出的，主要针对的是隧道施工设计。随后，该方法逐渐用于需要在采矿支撑的围岩中，目前，它已成为软岩支护的主要理论之一。新奥法的核心是利用周围岩石的自承载能力来支撑隧道，促进周围岩石本身成为支撑结构的重要组成部分，并使周围的岩石和将支撑结构一起构造成一个坚固的支撑环。该方法是在隧道开挖的基础上提出的，在一些特殊的地质环境中不能盲目用于矿体的围岩支护^[1]。二是应变控制理论，由日本学者提出。根据该理论，隧道围岩应变随支护结构的增加而减小，而允许应变随支护结构的增加而增大。因此，通过添加支撑结构，可以容易地将围岩的应变控制在允许范围内。支撑结构的设计由与工程测量中的应变（各种监视）相对应的感应系数的数量确定。三是能量支持理论，Salamon等人在20世纪70年代提出了能量支持理论。该理论认为支撑结构与周围岩石相互作用并一起变形，在变形过程中，周围的岩石释放出一些能量，而支撑结构吸收一些能量，但总能量不会改变。因此，他提出应利用支撑结构的特性自动调整围岩释放的能量和支撑体吸收的能量。支撑结构具有动能以自动释放多余的能量。该理论强调支撑自动调节关节的作用，体现了刚柔结合在支撑过程中的重要性，对实际工程具有一定的指导意义。

1.2国内理论

我国的主要巷道支护理论主要有：1）轴变化理论。该理论认为，巷道围岩破坏是由应力超过岩体强度极限引起的，而崩塌是由于改变巷道竖井比，导致围岩破坏是由超过岩体强度极限的应力引起的。应力重新分布导致高应力的降低和低应力的上升直至自稳定平衡。均匀应力分布的轴比是道路最稳定的轴比，其形状为椭圆形。“挖掘系统控制理论”认为挖掘扰乱了岩体的平衡。不平衡系统具有自组织能力，可以自行稳定。该理论继承了新奥法的思想，即围岩具有一定的自稳定能力，并强调支撑的針对性。2）联合支援理论。该理论认为：对于软岩巷道支护。强调支持的刚性是不合理的。必须“先软而刚刚，先挖，让路，中等柔软，稳定支撑”，并开发了锚杆支护技术，锚喷支护技术，锚杆支护技术等。3）锚喷支护理论。该理论继承了组合支撑理论的观点，并在此基础上认为不可能始终强调软岩的压力释放，并且必须在一定程度上坚决抵抗压力。也就是说，关节支撑理论的刚性支撑形式是“钢筋混凝土弧形板”，因此有必要限制和顶部从围岩到空心岩石的位移。4）耦合组合支持理论。巷道支护的失效主要是由于支撑体和周围岩体的强度和刚度，结构和其他方面存在非耦合现象。复杂的道路支护应分为两个支护时间。第一个是柔性表面支撑，第二个是关键位置的点支撑。该理论重视对支持机会的把握，认为支护是一个系统工程。多重支护对一些关键部件的稳定性具有重要意义。5）围岩松动圈理论。主要观点是随后的岩石松动圈在任何裸体巷道中都接近于零。此时，道路的弹塑性变形存在，但不需要支撑。松散圆越大，会聚变形越大，支撑越困难。因此，支撑的目的是防止围岩松动圈发展中的有害变形。目前，该理论得到了广泛的应用，并且围岩松动环的检测技术不断得到改进。

2目前常用的支护技术

2.1U型棚支护

在深采巷道围岩压力的作用下，U形棚支撑采用拱形支撑和梯形支撑，具有一定的可压缩性，支撑通过构件搭接部分的滑动产生一定的收缩。通过紧固夹具可以调节收缩的大小，最大收缩可以达到300～350mm。在安装支架时，应拧紧夹紧环中的螺钉，以确保支持有一定的初步支持力量。当深巷道的围岩继续受压时，U形钢构件将滑动，从而缓解支撑上的深巷道的围岩的压力。在夹具之间的收缩用完之前，支撑从原始变型变为钢支撑，并在深部巷道的围岩上起支撑作用^[2]。

2.2喷浆技术

喷浆技术是利用压缩空气或其他动力将一定比例的混凝土混合物沿管道混合到喷嘴中。在较高速度（高达60-80m / s）的垂直注入受喷面，在喷涂过程中通过水泥和骨料的连续冲击压实形成的混凝土。这是一种特殊的混凝土施工方法，其特点是高速注入压缩空气。在岩土工程和采矿工程中，喷射混凝土不仅可以单独作为加固手段，而且可以与锚杆支撑紧密结合，即喷射混凝土和锚杆支撑。

2.3锚杆支护技术

锚杆支护技术作为巷道和地下工程支护技术的主要形式之一，具有较早的发展历史，应用广泛。现在它在煤矿，金属矿山，水力发电，隧道和其他地下工程领域迅速发展。随着采矿深度的增加，道路支持变得越来越困难。在20世纪80年代，一些使用金属支撑的国家开始重视螺栓技术的开发和应用。但是，锚杆技术仍局限于周边岩石更稳定的巷道^[4]。中国从20世纪50年代开始引进这项技术，但随着社会的发展，螺栓支撑技术在我国得到了突飞猛进的发展，取得了很多很好的成绩。目前，我国锚杆支护存在的主要问题是：锚杆锚固力普遍较低，可靠性较差。树脂锚的使用比例非常小;锚杆密度大。安装速度慢，远远跟不上行驶速度。

3实例

本文以云锡公司卡房分矿为例，分析了其地形结构，以及提出了合适的巷道支护措施。

云锡公司卡房分矿属于多金属矿，其矿山多为玄武岩，花岗岩，大理岩。为了解决矿山-岩石接触区巷道和粉质矿巷道中管道锚杆支护的腐蚀失效，扩孔失效，端锚失效等问题，应选择耐腐蚀性和高抗拉强度锚杆作为支护材料。云锡公司卡房分矿接触区的围岩岩石柔软破碎，完整性差。喷射锚网支护可以减少围岩变形，提高围岩承载力，这是一种很好的支护方法，它基于围岩本身的阻力，通过科学加固围岩，与周围岩石形成统一的结构，可以实现安全支撑。因此，喷射混凝土锚网支架适用于云锡公司卡房分矿的岩石接触区支护条件。可作为矿井接触区巷道的主要组合支护形式，保护方案为玻璃钢锚杆喷锚支护网。同时，云锡公司卡房分矿矿山- 岩石接触带巷道的支护是针对矿体巷道，岩体隧道和接触带区域的不同围岩特征和变形特征。有必要设计不同的支撑参数，以确保收敛变形率的误差较小，并防止由于不同的变形率导致的巷道失效。

4结语

由于金属矿物是我国经济发展的重要资源，我们始终有必要采用最合适的施工方法来确保深部采矿的安全。上述几种深采巷道支付方式可以最大限度地保持岩巷稳定，保证施工安全。但是，要继续完善深部巷道的支护方式，以确保更多的生命安全。

参考文献

[1]张国强，刘红岩，王成龙.某金属地下矿山灰岩破碎巷道支护方案比选[J].现代矿业，2018，（8）：193-195.

[2]时磊，王满，汪龙，等.破碎巷道锚网喷支护技术研究[J].金属矿山，2018，（10）：7-12.

[4]李光，马凤山，刘港，等.金川矿区深部巷道支护效果评价及参数优化研究[J].黄金科学技术，2018，26（5）：605-614.