矿井深部巷道支护技术研究与应用

耿以响吕新超

山东黄金矿业（莱西）有限公司山东省莱西市266600

摘要：M金矿矿体属于破碎带蚀变花岗岩型大型金矿床，且目前已进入深井采矿时期。受深井高地应力及围岩自身破碎特性影响，其主要巷道永久支护成为深部开采的主要难题。当前矿井巷道支护方式多采用锚杆支护，由于各个矿井的地质条件不同，锚杆支护成功与否与支护参数的选取是否合理，支护时间的把握，围岩的受力情况以及施工方法都密切相关。如何保持巷道的稳定性成为当前急需解决的问题。因此，本研究具有重要的理论及实用价值。

关键词：埋深；夹矸；支护

引言

随着金矿需求量的提高，浅部可采金矿越来越少，开采深度越来越深。随着开采深度的不断加深，浅部开采条件下的理论、方法、技术等已不能满足深部开采，必须对浅部开采理论进行修正和探索。教授针对深部高应力软岩支护难题，综合采用理论分析、数值计算、现场试验等手段，研究了支护阻力对深部高应力巷道围岩变形与性区的影响，提出了支护结构应满足围岩大变形的协调支护原则。针对深部复杂的力学环境下围岩支护难题，综合分析一系列影响支护因素的条件下确定了认为改善巷道围岩应力状态及围岩力学性能、合理选择巷道支护形式和提高其支护阻力以及优化巷道断面等为深部巷道围岩控制的有效途径。深部开采的主要问题表现为围岩所受应力变大，在应力作用下巷道围岩变形速度加快，动压显现明显，容易引起冲击地压等，这些已成为深部开采所面临的重大问题。面对深部开采所涉及到的问题，深部开采巷道支护普遍且变得尤为重要。

1项目背景

(1)经金矿科学研究总院北京开采研究所金矿物理力学性质试验及冲击倾向性鉴定，二层金矿层具有弱冲击倾向性，特划分工作面初采初放、周期来压、工作面一次及多次见方、遇过矿柱、过断层期间为开采重点防冲区域，需要由应力在线监测系统、钻屑法、矿山压力监测系统综合进行分析预测预报。工作面执行好卸压解危措施、工作面防冲固定、工作面防冲技术管理、工作面防冲个体防护措施及限员规定，防止发生冲击地压事故。(2)锚、网、梁、索的联合支护提高了巷道支护强度，促使围岩保证一定的整体性，用围岩自身稳定性承受地压，可以有效组织锚杆锚固范围的顶板离层和片帮。锚索作为一种主动支护，能平衡潜在垮落范围内岩层所受载荷，阻止其垮落，进一步增加围岩的承载能力，提高顶板抵抗外力维持稳定的能力。防底鼓锚杆使巷帮受力牢牢的稳固在岩帮内，使巷道底板形成支护整体。(3)利用锚杆、锚索的拉力将岩层整体组合起来，形成组合梁结构进行支护。组合梁的作用在于通过锚杆、锚索的预拉应力将原视为叠合梁的岩层挤紧，增大岩层间的摩擦力;同时，锚杆本身也提供一定的抗剪能力，阻止其层间错动。锚杆将数层比较薄的岩层组合成类似铆钉加固的组合梁，这时被锚固的岩层便可看成组合梁，全部锚固层能保持同步变形，顶板岩层抗弯刚度得以大大提高。新汶矿区岩石条件属于典型的深部软岩，围岩强度低，松动圈破碎、结构松散，易吸水膨胀，基于新奥法理论，围岩是巷道的主要承载结构，巷道支护的目的是为了更好地发挥和促进围岩的承载作用，并在岩体中建立承载环。为此，我单位引进了注浆锚索代替部分普通锚索。

2矿井深部巷道支护技术

2.1深部金岩巷道锚杆支护参数选取

金巷锚杆支护技术不仅仅取决于锚杆强度。现场经验证实，高强度锚杆的支护效果不一定是最佳的。只有锚杆与围岩形成同步的载体对抗周边载荷，才能发挥其支护作用；如果不能有效调动围岩承载力，锚杆作用不能够充分发挥出来，会同围岩一起跨落，发生结构失稳垮冒现象。为了高强锚杆高预紧力，深部金矿巷道锚杆支护参数的确定原则有：①高预应力（杆体屈服载荷的35-55%）技术；②采用加长锚固；③增大支护表面构件刚度；④锚杆锚索匹配，确保支护整体性能；⑤提出临界支护强度、刚度的概念，支护设计的初始强度不能低于临界值。同时，软岩巷道围岩控制关键技术体系主要体现在高强支护等技术措施上，方法有：小孔径预拉力锚索、巷道滞后注浆技术及封闭U形棚等。

2.2具体施工

(1)施工工序:截割→装岩→运输→支护。(2)施工前，排查施工现场隐患，发现隐患及时整改。(3)配齐施工维护顶板物料及施工工具。(4)为保证巷道行人、运输、通风、安全设施、设备安装、检修、安全间隙及掘进施工工艺的要求，确定本巷道采用梯形断面，荒宽4．1m、荒高2．75m、荒面积11．28m2，净宽3．8m、净高2．6m、净面积9．88m2。采用EBZ－240型综掘机进行施工，顶、帮支护材料选用MSGLD－600/22×2200mm等强螺纹钢式树脂锚杆进行支护，顶板钢带选用M－145－5．0－3900mm钢带护顶支护，两帮选用M－145－5．0－2100/2300mm钢带护帮支护，顶板破碎段使用注浆锚索进行支护。

2.3深部巷道金矿体锚杆支护核心技术研究

随着采深增加，锚杆支护对围岩的强度、结构及应力情况均有不同程度的改变。什么是影响锚杆支护作用的主要因素，如何充分发挥锚杆能动性，提高巷道支护效果，是我们研究的首要问题。在开采过程中，深部巷道金矿体变形主要体现在受水平力剪切作用而产生结构变形和轴向力作用产生的扩容变形，以扩容变形为主。提高锚杆支护系统整体刚度是解决问题的关键。为了提高支护刚度，主要有两方面措施：①施加较大预应力，②采用加长锚固，可使杆体对围岩离层、错动敏感，及时控制围岩岩离层与错动的变化。矿的形成过程，是地壳运动过程中植物体在这些岩层在沉积过程中形成的。层脉清晰、并在一定区域厚度相对稳定的层状岩体赋存。没有进行采矿活动时，这些层状岩体相互挤压支撑，并不会发生滑移错动，一旦受到外力干扰，层状岩层就会产生不同反应。因此，应用巷道锚杆支护技术的关键是提高预紧力。在锚杆支护前期，给锚杆施加一个较大的预拉应力，提高紧缩效果对巷道金矿岩产生高预紧力。可以控制岩层内原始的裂缝空隙，使各个岩层紧张收缩，同时通告锚固范围内岩层的内摩擦角和内聚力，岩层整体性能提高。研究指出，当锚杆的预紧力达到60-70kN时，围岩浅部离层基本消除。

3结束语

（1）基于该矿地质力学资料分析及理论计算确定了该矿深部开采悬吊理论的力学模型，提出了高预应力锚杆的支护理论。（2）通过对巷道支护参数的理论计算及分析确定了预留变形量为119mm，确定了锚杆长度、直径及间排距的一系列支护参数，为深部巷道支护提供理论依据。（3）通过对深部开采观测站处两帮、顶板及顶底板离层的监测，得到该支护条件下巷道顶板最大位移量为70mm，平均35mm，平均位移速度0.91mm/d，两帮移近量最大84mm，平均42mm，平均位移速度1.09mm/d；巷道顶板离层量浅部最大8mm，平均0.14mm/d，深部最大4mm，平均0.05mm/d。

参考文献：

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作者简介：

耿以响（1988-11-10），男，籍贯：山东省莱西市，学历：专科，研究方向：井巷支护。