秦桂展 邱小建

(1.淮北市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局；2.安徽太平礦業(yè)有限公司)

安徽太平礦業(yè)松軟圍巖支護(hù)方法研究

秦桂展1邱小建2

(1.淮北市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局；2.安徽太平礦業(yè)有限公司)

針對安徽太平鐵礦井下矽卡巖等松軟巖體、淺部采空區(qū)多等開采多種不利因素，分析了巷道變形破壞的原因，提出全面治理采空區(qū)與超前支護(hù)、錨網(wǎng)噴、U型支架加底梁的聯(lián)合支護(hù)方法，保證了巷道順利通過矽卡巖等松軟巖體，且在施工后不發(fā)生較大的破壞變形。

采空區(qū)治理 松軟巖體 聯(lián)合支護(hù)

安徽太平鐵礦礦體賦存于碳酸鹽巖的接觸帶上和碳酸鹽巖夾層內(nèi)，區(qū)域構(gòu)造線方向以北北東向?yàn)橹?，礦體埋藏深度-90～-950 m，目前主要開采-300 m 以上水平，二期工程正在-530 m中段改擴(kuò)建。礦床成因?qū)俳佑|交代型銅、鐵礦床，在風(fēng)化帶內(nèi)的礦體多呈松散狀假象赤鐵礦，風(fēng)化帶以下的礦體頂?shù)装鍘r石多為矽卡巖、蛇紋巖、蝕變閃長玢巖，大理巖次之。巖漿侵蝕所形成的破碎帶巖石穩(wěn)定性極差，給巷道掘進(jìn)、支護(hù)和維修帶來諸多不利影響。根據(jù)該礦的圍巖特性和礦體儲量大小，采用上向水平分層尾砂充填采礦法。

淺部品位高、儲量大資源已被民營企業(yè)開采完，而且沒有進(jìn)行充填，造成-300 m以上中段采空區(qū)千瘡百孔，殘采采動影響大，巖體穩(wěn)定性差，巷道變形嚴(yán)重，維修量大，原有裸巷、架棚及錨網(wǎng)噴支護(hù)方式已不能滿足生產(chǎn)要求。此外，隨著采深的增加，深部開采區(qū)域礦體也受到上部采空區(qū)影響，新掘巷道頂板破碎，支護(hù)難度大，成本高，掘進(jìn)速度慢，冒頂片幫事故時(shí)有發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)帶來重要影響。

1 礦井原支護(hù)方法分析

安徽太平鐵礦自建井以來，一直受地壓大的困擾，雖然經(jīng)過礦優(yōu)化巷道設(shè)計(jì)，在不穩(wěn)定圍巖巷道掘進(jìn)與修護(hù)過程中采用目前較為常用的錨網(wǎng)噴或架梯型棚支護(hù)法，但在巷道施工3～5月后開始變形，1 a后巷道嚴(yán)重變形。主要表現(xiàn)為：①巷道頂板破碎開裂，梯形棚梁被擠壓彎、頂板漿皮碎石冒落；②棚腿被擠壓向內(nèi)偏斜變形,巷道斷面變?。虎巯锏赖坠脑斐绍壍榔茐?，不能順利通車,軌道運(yùn)輸能力下降；④通風(fēng)斷面變小，巷道維修量增加，給礦井安全生產(chǎn)帶來重大安全隱患。

(1)從支護(hù)形式分析。錨網(wǎng)噴支護(hù)能在巷道上方形成壓力拱，能夠發(fā)揮圍巖自身強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，但由于圍巖整體強(qiáng)度差，管縫式錨桿在松軟巖體中錨固力不高，再加上施工隊(duì)伍的素質(zhì)不高，不能做到光面爆破，巷道成形差，不能形成有效的壓力拱，實(shí)際支護(hù)效果不好；梯型棚金屬支架具有較高的初撐力、能夠提供較大的抗壓能力，但梯型棚梁的彈性變形小，不足以有效持續(xù)抗壓，特別是動壓沖擊，實(shí)際支護(hù)效果不理想。

(2)從礦山壓力分析。造成巷道破壞的原因主要有：-220 m中段以上的不合理開采，且沒有及時(shí)接頂充填，造成其下開采時(shí)上部巖體整體性破壞；采空區(qū)預(yù)留的不規(guī)則礦柱承受集中應(yīng)力的作用，引起附近及深部礦體地壓增大。

(3)從巖石性質(zhì)分析。圍巖容易破碎的主要原因有：①緊貼礦體的矽卡巖巖性松軟，易風(fēng)化，如果揭露后不能及時(shí)有效支護(hù)，長期暴露在空氣中遇水產(chǎn)生膨脹變形，特別是在巷道淋水大的區(qū)域，圍巖表面易松軟破碎，矽卡巖膨脹，擠壓錨噴層，導(dǎo)致錨噴層破裂；②矽卡巖強(qiáng)度低，厚度大，管縫式錨桿在松軟巖體中錨固強(qiáng)度不高，錨桿長度不夠，不足以穿過矽卡巖達(dá)到穩(wěn)固巖層內(nèi)，再加上采動和爆破等動壓沖擊，最終導(dǎo)致巷道頂板來壓，頂梁被壓彎，錨噴層破裂，碎石冒落。

安徽太平鐵礦井下巷道變形破壞的原因是多方面的，采用傳統(tǒng)的支護(hù)方法已不能解決井下目前所面臨的難題，需將采空區(qū)治理與支護(hù)相結(jié)合，有效提高支護(hù)的科學(xué)性和有效性。

2 采空區(qū)治理

按照先急后緩、先治后采的原則，對原先的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行維修改造，利用坑探、鉆探等手段對-220 m 以上中段采空區(qū)進(jìn)行全面摸排，根據(jù)摸排結(jié)果編制采空區(qū)綜合治理方案，并組織專家對治理方案的可行性進(jìn)行了論證。另外在新風(fēng)井新建了充填攪拌站，利用選礦廠尾砂和高效尾砂固結(jié)劑攪拌而成的充填砂漿，對井下全部采空區(qū)進(jìn)行接頂充填，最后根據(jù)充填效果再進(jìn)行殘采和深部資源采掘工作。

3 巷道支護(hù)方法改進(jìn)

經(jīng)過考察研究，巷道過矽卡巖等松軟巖體支護(hù)采用超前錨桿、錨網(wǎng)噴、U型支架加底梁相結(jié)合的支護(hù)方法。超前錨桿預(yù)先布置在掘進(jìn)、修護(hù)巷道的前端，深入矽卡巖，對巷道頂板進(jìn)行超前支護(hù)，增加前端矽卡巖的穩(wěn)固性，防止爆破后巷道頂板冒落；利用錨網(wǎng)支護(hù)減少矽卡巖在空氣中的暴露時(shí)間，減少巖石風(fēng)化程度，提高巷道圍巖的整體強(qiáng)度；利用U型支架受力結(jié)構(gòu)好、可伸縮變形大、能夠承受較大頂板來壓等特點(diǎn)，保證巷道不會發(fā)生較大的變形，有效防止底鼓現(xiàn)象的發(fā)生。超前錨桿支護(hù)布置形式見圖1。

圖1 超前錨桿支護(hù)布置形式示意

在每次爆破后，先進(jìn)行敲幫問頂，然后立即素噴一層厚約2 cm的混凝土，打超前支護(hù)錨桿。采用管縫式錨桿，長度3 m，圍巖特別破碎的情況下采用4 m 加長錨桿，錨桿傾角不大于20°，根據(jù)頂板情況每排布置10～20根，排間距1 m。緊接著打 2.5 m 全長錨固螺紋鋼錨桿、掛網(wǎng)，上蓋板，采用18#螺紋鋼，行、排間距0.6～0.8 m；再架U型支架，鋪設(shè)底梁，最后噴厚約10cm的混凝土，U型支架間距為1m，拱架頂、幫部充填坑木，保證拱架與巷幫緊密接觸，使支架能發(fā)揮支撐作用，防止?jié){皮碎石掉落傷人。巷道每施工一節(jié)軌道長度后，澆筑混凝土，鋪設(shè)永久軌道。U型支架加底梁、錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)方式如圖2所示。

圖2 U型支架加底梁、錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù)示意

目前，該支護(hù)已在矽卡巖等松散巖體-530，-480 m 等中段巷道掘進(jìn)過程中實(shí)施，巷道不但安全順利通了矽卡巖等松軟巖體，并且在使用1 a內(nèi)巷道沒有出現(xiàn)明顯的變形。該礦計(jì)劃在-220，-180 m 等中段修護(hù)和沿空掘巷中推廣應(yīng)用。

4 結(jié) 語

①采空區(qū)充填能有效減少動壓沖擊對其下部巖體的影響，提高巷道圍巖的整體穩(wěn)定性;②超前錨桿支護(hù)解決了巷道過矽卡巖等松軟巖體頂板隨掘隨垮的難題，適合安徽太平礦業(yè)的井下特殊地質(zhì)條件;③在巷道掘進(jìn)修護(hù)過程中，及時(shí)做到“短掘短支，一炮一支”，減少圍巖在空氣中的暴露時(shí)間和巷道圍巖的風(fēng)化程度，有效防止冒頂事故的發(fā)生;④錨網(wǎng)噴、U型支加底梁架聯(lián)合支護(hù)方法，能夠有效解決地壓顯現(xiàn)地段巷道變形破壞的技術(shù)難題，保證了巷道的長期穩(wěn)固;⑤超前支護(hù)采用管縫式錨桿，施工速度快，成本低，永久支護(hù)采用螺紋鋼錨桿，全長錨固，有效提高了錨桿在松軟圍巖中的錨固強(qiáng)度。

2014-09-18)

秦桂展(1974—)，男，工程師，235000 安徽省淮北市孟山北路56號。