非煤矿井巷建设工程及支护技术的探讨

李宾海

摘  要：随着开采深度的增加，巷道支护经历了采矿初期的单一支护技术到组合式多筋支护技术。目前，混凝土或钢筋混凝土衬砌等支护形式开始被采用。这些传统支架消耗大量木材，受开采深度和岩性影响严重。随着生产矿井开采深度的不断增加和地质条件复杂的新矿段的开发，对井下巷道支护提出了更高的要求，相继发展了金属支护技术和锚杆系列支护技术。。

关键词：非煤矿;井巷工程;支护技术;注意事项;

引言：把井巷支护技术归纳为传统支护、金属支架支护、锚杆系列支護及复合支护技术。分析了各自的特点及适用情况。总结了我国非煤矿山现行巷道支护的主要经验和存在的问题，指出当前软岩巷道支护技术研究中，在理论研究、设计施工及配套设备等方面均存在一些亟待解决的问题。

一、 传统支护技术

传统支护技术主要是采用木材或钢筋混凝土作为支护材料，分支撑与衬砌两类，其中支撑指临时性保护围岩的结构，衬砌指永久胜加固围岩的结构。传统支护技术是基于古典压力理论和坍落拱理论，认为巷道开挖后围压主要由围岩局部坍塌所致，而巷道的稳定主要靠围岩坍塌致使硐室形状改变后自行获得。传统支护将围岩与支护分开考虑，把围岩视作荷载，支护看成承载结构，二者之间形成“荷载一结构”体系，认为支护是为了承受由围岩所产生的荷载，无法控制围岩变形破坏的发生，只能起被动抵抗的作用。传统支护耗费大量木材且受采深和岩性影响严重，只适用于浅部围岩，且支护断面形状必须与围压曲线一致，以充分发挥围岩和支护结构打己玉强度大的特长，从而硬胜抵抗岩体的变形压力。

二、金属支架支护技术

金属支架支护技术主要分刚性支架支护与可缩性支架支护，其中刚性支架允许压缩变形量小，工作阻力随变形鼍增大而减小，直至破坏而失去工作阻力;可缩性支架允许压缩变形量大，在结构设计压缩范围内，工作阻力随压缩量增大而增大，或者恒阻。金属支架支护视支架为支护体，围岩为荷载，其破坏是由于支架上弯曲力矩达到屈服极限的破坏应力所致，同时，由于支架承受侧压力和荷载的不均匀常使支架失去稳定性或可缩性而减弱或失去竖向承载能力。刚性支架特别是弧板支护采用超高强度混凝土施工技术，在地面工厂化预制，井下机械化装配，组成全断面封闭的和密集连续式的高强钢筋混凝土板块结构，主要适用于高地应力破碎隔岩巷道支护。最大优点是地面预制，质量有保证且利于批量化生产和井下机械化安装，不足之处在于不能抵抗上覆岩层整体移动而产生的底板沉降及巷帮侧压，受扭曲折断而失去支护作用。可缩性支架支护特别是U型钢支架支护由多段弧形构件相互叠置搭接组装而成，大多支护面呈拱形或环形，主要适用于松软围岩、地压大、底撇严重和两帮移近量大的开拓和采区巷道。具有抗压性好、一次成巷好、安全系数大、抗灾能力强、支架变形小和质量易保证等优点，不足之处在于初期投资高，搭接处易缩膛，铁卡易崩断或松动条等。

三、锚杆系列支护技术

1.单体描杆群支护阶段。以钢丝绳、水泥砂浆锚杆为代表，锚杆无托板，且杆体间缺乏联系。锚杆实际上只起悬吊作用，且被动承载，并不与围岩共同作用。由于盲目扩大这类锚杆的应用范围，致使部分井巷冒顶失修，实际上阻碍了锚杆支护的发展。该阶段技术发展基于悬吊理论诱和原始楔形剪切理论等。

2.组合、杆支护阶段。单体锚杆群支护已很难妥适应复杂地质条件，发展了大批新型组合锚杆并在软岩巷道支护中得到应用，如水泥药卷钢筋锚杆、树脂药卷钢筋锚杆以东及其它类型金属锚杆等，在锚杆尾部均有托板和井衬螺母，松软破碎条件下还增设金属网和混凝土喷层，动压影响严重的场合则进一步增加钢带、钢筋梯或钢架等，形成组合锚杆支护体系，并且由平面组合发展到空间组合，形成整体支护结构体系。研究表明锚杆不仅能起到悬吊作用，而且具有组合拱或组合梁作用，承载能力显著增强。杯组合锚杆比单体锚杆更有利于松软破碎顶板的安-全维护，并发展了锚喷网、锚梁网及锚带网等多-种组合锚杆联合支护形式并广泛应用于矿区支护实践，更多具体用途及结构形式的锚杆也层出不穷，此阶段相应的支护理论有组合支撑拱理论及组合支撑梁理论等。

3.预应力锚杆支护阶段。随着锚杆支护技术在松软动压及大跨度巷道中的推广应用，围岩体片帮冒顶现象严重。工程应用发现无预应力的锚杆实际上不能有效阻止围岩开裂、滑移和弱化，而绷紧锚杆冈、带，采用有横井向预应力的管缝式锚杆和锚杆桁架，能显著改善支护效果，其代表产品或结构主要有桁架锚杆、-水胀式锚杆和缝管式锚杆，这3类锚杆均具有-良好横向预应力和一定纵向预应力，其支护效果已为国内外矿山支护实践所证实，研究表明，当锚杆预应力高于60kN，可基本阻止巷道顶板下沉，因此研制出高强度粗直径（Φ25mm）全全长周树月旨钢筋锚杆，并在托板处增加减少摩擦的装置。理论与实践都证敏明，保证锚杆体系有足够的纵向和横向预紧力，才冲旨真正发挥其主动支护的蒸作用，充分发挥围岩与支垂护体系的最大支护力。此琴阶段支护理沦有二次支护办理论及松动圈理沦等。

4.强力锚杆支护阶段。近年来，随着采深不断增加，地质环境更加复杂，岩层破碎更为严重，导致突发性工程灾害和重大恶性事故增加，普通锚杆常由于集中荷载的作用致使锚杆拉脱及钢带撕裂，铃拼干护表作用降低，导致整体支护效果欠佳。为从根本上改变锚杆支护材料落后的局面，研制了锚杆专用钢材，达到高强度和超高强度级别。强力锚杆的杆体设计为左旋无纵肋螺纹钢筋，杆体公称直径为Φ18～Φ25mm，杆别黑纹段采用滚压工艺加工。强力锚杆支护系统能大幅度提高巷道初期刚度和强度，有效控制高应力巷道结构面离层、滑动、裂隙张开及新裂纹产生等不连续变形，同时支护系统具有足够延伸率，允许巷道围岩有较大连续变形，使得围岩高应力得以释放。

四、结语

总之，当前天华矿业公司松湖铁矿开采已进入2360m水平作业，未来两到三年，将开采至1700m左右。届时，岩石破碎程度和地下涌水量肯定显著增加，故实现高刚度、高强度、高町靠性与低支护密度的“三高一低”支护设计理念，极大提高了巷道布置时间与空间上的自主性，对缓解天华矿业公司松湖铁矿采掘接续紧张局面具有重要意义。

参考文献：

[1]王红.非煤矿井巷建设工程及支护技术的探讨.2019.

[2]刘志锋.锚杆锚索联合支护技术在矿井巷中的应用.2020.