摘要：本文首先介紹了對金屬支架材料的要求，然后介紹了金屬礦巷道支護理論，接著介紹了兩種應(yīng)用廣泛的礦井支護技術(shù)以及目前金屬礦巷道技術(shù)在使用的過程中存在的現(xiàn)狀及問題，最后介紹了金屬支架運輸及處理方式和可縮性金屬支架與錨注結(jié)合的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：巷道支護，金屬支架，支護技術(shù)

一、前言

在金屬礦生產(chǎn)中巷道支護可以穩(wěn)定圍巖狀況、控制圍巖運動的發(fā)展速度，維護工作空間安全。好的支護技術(shù)能夠保證生產(chǎn)的安全。

二、對金屬支架材料的要求

礦井一般都使用礦用工字鋼和型鋼來制成金屬支架，礦用工字鋼被用于剛性金屬支架的制作中，而型鋼通常被用于制作可縮性金屬支架。因為井下有著十分復(fù)雜的圍巖條件，并且有著不均勻的礦山壓力，釆動和巷道交岔口也會影響到巷道支架，那么采用的井下金屬支架的材料就需要滿足多方面的要求，比如抗彎曲、抗拉、抗壓、抗剪等等，還需要滿足防繡、防腐等方面的要求;要合理的選擇設(shè)置支架型剛斷面的形狀，同時，在對采準(zhǔn)巷道金屬支架進行選擇時，還需要充分的考慮支架有著較為頻繁的架設(shè)以及回拆等特點。礦用工字鋼因為有著較高的穩(wěn)定性，因此井下的載荷狀況即使是十分的復(fù)雜和多變，也可以滿足，而U型鋼因其斷面形狀和幾何參數(shù)相對來講，具有較好的優(yōu)越性，搭接型鋼收縮較為容易，只要合理的型鋼選型和設(shè)計支架，準(zhǔn)確的進行連接，用U型鋼來制作支架，就可以保證支護力學(xué)性能符合相關(guān)的要求。

三、金屬礦巷道支護理論

由于巷道支護對金屬礦安全生產(chǎn)的重要性，所以一直是金屬礦安全領(lǐng)域研究的重點，其技術(shù)和相關(guān)設(shè)備也在不斷發(fā)展之中，經(jīng)過多年的不斷研發(fā)，取得了豐碩的研究成果，下面介紹幾種應(yīng)用較廣、較為經(jīng)典的支護理論：

新奧法支護理論：是在奧法支護理論的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量的實踐研究和改進，同其他學(xué)科的研究成果，尤其是地質(zhì)動力學(xué)的相關(guān)研究成果進行交叉融合而形成的效率更高、可靠性更強的一種支護技術(shù)，其特點是：采用早強噴射混凝土及時封閉巷道周邊，實施密貼支護;對圍巖采取預(yù)先加固措施，可將未來發(fā)生的隱患及早排除，采用錨噴支護提高其承受力能力;對已加固的圍巖進行評估，若有需要可實施二次支護;若發(fā)生圍巖裂痕、破碎的現(xiàn)象，主動實施注漿加固;在設(shè)計階段預(yù)先考慮環(huán)境影響因素，建立動態(tài)自適應(yīng)的設(shè)計模型，在施工過程中動態(tài)調(diào)整施工方法和工藝，更合理的滿足巷道支護的需求。

聯(lián)合支護理論。此理論相對于針對性較強的支護技術(shù)而言，更加強調(diào)巷道圍巖整體的穩(wěn)定性，許多專家學(xué)者經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)，在井下巷道中，尤其在圍巖地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜的金屬礦巷道中，單純的不斷加強支護體的強度，可能會適得其反，使得巷道支護的穩(wěn)定性下降，因為局部的強化不能很好的控制圍巖在外力和環(huán)境長時間作用下的變形效應(yīng)，應(yīng)該先柔后剛，適度柔讓的方式進行支護，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性，不至于出現(xiàn)因穩(wěn)定性不統(tǒng)一而導(dǎo)致的支護效果下降。在地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜的巷道中，這種方式無疑比單純提高巷道本身強度更為合理。但其局限性也是顯而易見的，由于我們只能在某一時間點上測定巷道圍巖的具體參數(shù)，從而據(jù)此來設(shè)定巷道支護方式和強度，但地質(zhì)變化是一個動態(tài)過程，圍巖的穩(wěn)定性也隨著時間流逝而緩慢持續(xù)下降，當(dāng)這種下降程度達到一上限值時，巷道的穩(wěn)定性就會直線下降，因此，就支護的長期穩(wěn)定性而言，聯(lián)合支護并不是一個很好的選擇，其后期維護工作可能隨圍巖情況的變化而逐漸繁重。

圍巖強度強化理論。此理論是由我國專家侯朝炯提出的，通過錨桿支護，使得圍巖強度得到一定的提高，因為錨桿支護可以在一定程度上改變圍巖應(yīng)力狀態(tài)，使圍壓增加，從而從本質(zhì)上提高圍巖的最大承受力，同時強化錨固區(qū)域巖體的峰后強度與殘余強度。

錨、網(wǎng)、噴與U鋼金屬支架聯(lián)合支護。對特別松軟、破碎巖層，采用錨、網(wǎng)、噴支護作用不明顯時根據(jù)圍巖變形的特點，采取錨、網(wǎng)、噴作為一次支護，可使噴層及時封閉圍巖，容易做到及時支護，提供一定的初錨力和較大的錨固力，能較好地滿足特別松軟、破碎圍巖巷道第一階段圍巖變形的要求。當(dāng)巷道圍巖變形基本穩(wěn)定后，使用U型鋼可縮性金屬支架進行二次支護，以適應(yīng)第二階段圍巖變形的要求。實現(xiàn)深部高應(yīng)力軟巖巷道厚壁支護。一是采用全長錨固全螺紋鋼等強錨桿，增加圍巖自承圈厚度，實現(xiàn)厚壁支護;二是進行錨索加固。由于錨索長度較大，能夠深入到深部較穩(wěn)定的巖層中，錨索對被加固巖體施加的預(yù)緊力高達200KN，限制圍巖有害變形的發(fā)展，改善了圍巖的受力狀態(tài)，增加圍巖自承圈厚度，實現(xiàn)厚壁支護;三是改變支護結(jié)構(gòu)。在巷道的兩底腳增加斜拉錨桿或巷道底板開挖成反底拱形并錨噴（梁）支護，從而形成完整的、封閉的支護整體。

四、兩種應(yīng)用廣泛的礦井支護技術(shù)

1、單體液壓支柱技術(shù)

經(jīng)過三十多年的試點應(yīng)用及研究，單體液壓支柱技術(shù)已經(jīng)成為一種成熟的井下支護技術(shù)，多用于金屬礦井下工作面的臨時支護工作，在老舊金屬礦中，由于支護設(shè)備的陳舊，冒頂事故時有發(fā)生，給井下工作人員的生命財產(chǎn)安全帶來了極大的隱患，而單體液壓支柱的應(yīng)用從根本上解決了這一問題。

單體液壓支柱按注液方式分為外注式和內(nèi)注式兩種。外注式的特點在于結(jié)構(gòu)簡單，安裝靈活，易于維護，使用門檻較低，它類似一個油缸，升柱靠外部供液管路系統(tǒng)（包括液壓泵站），動力介質(zhì)為乳化液。內(nèi)注式采用機油作為介質(zhì)，其結(jié)構(gòu)類似一個油壓千斤頂，手動升柱。

2、巷道錨桿支護技術(shù)

錨桿即桿狀錨栓體，是一種常用的加固裝置，通常放置在巷道圍巖內(nèi)。采用錨桿支護技術(shù)，首先需要在巷道的圍巖中鉆孔，稱為錨桿孔，然后將錨桿安置在錨桿孔內(nèi)，就可實現(xiàn)為圍巖的加固效果，目前是金屬礦巷道支護領(lǐng)域內(nèi)最常用的一種技術(shù)，大量的實踐證明，使用錨桿支護技術(shù)可以對巷道的穩(wěn)定性起到很好的支撐作用，其作用原理有以下幾點：

（1）懸吊作用。是指采用錨桿將有冒落風(fēng)險的圍巖懸吊于上部的堅硬巖層上，起到懸吊的作用，圍巖的重力作用由錨桿傳輸?shù)綀杂矌r層上，起到加固的效果。

（2）減跨作用。在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿，能夠減少壓力拱的高度和跨度。

（3）組合梁作用。采用錨桿將各組合板梁壓緊，使得各層板梁在結(jié)構(gòu)上形成一個整體，共同分擔(dān)擠壓和拉伸力，提高了板梁的抗彎強度，從而提高巷道頂板巖層的承受力。

（4）圍巖補強加固作用。巷道深處圍巖內(nèi)的巖石是三向受力的，而巷道周邊巖石是二向受力，抗壓強度大大減少了，因此受到壓力而變形破快的可能性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前者。在巷道內(nèi)安設(shè)錨桿后，有些圍巖又部分地恢復(fù)為三向受力狀態(tài)，增強了自身的強度。

五、目前金屬礦巷道技術(shù)在使用的過程中存在的現(xiàn)狀及問題

錨桿支護技術(shù)在金屬礦巷道的應(yīng)用狀況就目前看來，我國的不少金屬礦開采的深度已達到1000余米之上，不僅僅開采深度大，而且地質(zhì)構(gòu)造及其復(fù)雜，存在礦井災(zāi)害發(fā)生的可能性，給金屬礦的開采帶來了很大的困難。但在不斷地技術(shù)改革和大量的資金投入，新型的技術(shù)和材料被應(yīng)用到巷道支護中，為金屬礦巷道支護技術(shù)提供了很大的保障。目前，就應(yīng)用范圍而言，錨桿支護技術(shù)已經(jīng)由穩(wěn)定的巖層、靜壓巷道、全巖巷道發(fā)展到了松軟破碎巖層、動壓巷道、采區(qū)煤巷;就錨桿的種類而言，也有了很大的改善，從木錨桿發(fā)展到了多種多樣的金屬錨桿;就支護形式而言，錨桿支護的形式由單一的錨桿支護發(fā)展到現(xiàn)在的錨網(wǎng)帶及錨索等多種方式聯(lián)合支護。這都大大推動了錨桿支護技術(shù)的發(fā)展，使得錨桿支護達到了97.15%的應(yīng)用率。目前錨桿支護技術(shù)仍存在很大的問題。其主要表現(xiàn)可概括為以下幾點：第一：隨著礦井深度的不斷增加和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜性的增加，使得巷道的壓力也越來越大。復(fù)雜的地質(zhì)條件極可能留下礦柱、采區(qū)礦柱、斷層構(gòu)造帶礦柱造成應(yīng)力集中，就會增加金屬礦巷道的支護難度，由于開采的進行錨桿從托盤拉斷或者跟隨煤體移動，也都會造成巷道的支護困難。第二：當(dāng)前的深部巷道圍巖破壞機理仍然存在很大的問題，需要更多的理論研究來支持和完善相應(yīng)的控制工作。第三：當(dāng)前仍然采用工程比擬法來對巷道的各個參數(shù)進行指導(dǎo)，沒有形成一個科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎銠C動態(tài)輔助系統(tǒng)和巷道支護合理性評價系統(tǒng)來支撐錨桿支護工作，也就無法保證巷道的最佳效果和金屬礦的安全經(jīng)濟效益。第四：軟巖破碎帶等地點錨網(wǎng)噴二次支護理論無法在深部動壓影響區(qū)、構(gòu)造壓力帶、軟巖破碎帶等特殊條件下使用，仍需進一步研究。第五：當(dāng)前使用的支護材料普遍采用螺距較大、鎖緊力低的全螺紋錨桿，并且經(jīng)受到大震動（如：放炮）后易出現(xiàn)松動的情況，還有其他一些材料和器械都不適應(yīng)金屬礦深部的巷道條件，無法滿足所需的支護條件。

六、金屬支架運輸及處理方式

目前，一些具備創(chuàng)新意識的施工單位，針對金屬支架的井下運輸，進行了一些有益的嘗試和改進，具體表現(xiàn)在：

1）針對升入井U型鋼、工字鋼高度超過了罐籠內(nèi)容納物件最大高度的情況，為避免通過人力將U型鋼、工字鋼抬進罐籠的高強度工作，根據(jù)罐籠內(nèi)結(jié)構(gòu)及尺寸，設(shè)計加工了U型鋼、工字鋼升入井專用車輛，當(dāng)需要提升U型鋼等時，由人力通過在副井架上安裝的滑輪，用棕繩一端系牢U型鋼，另一端通過電機車牽引，將U型鋼裝入專用車輛內(nèi)，U型鋼裝完后，人力將車輛推進罐籠，運至井下，有效減輕了職工勞動強度和工作量，提高了作業(yè)安全系數(shù)及效率。2）針對井下因巷道壓力大而壓變形的U型鋼及支架，為避免升井后因不可利用變?yōu)閺U料，通過在井下投入使用YZW-B型防爆臥式壓力整形機及防爆鋸床，可以在井下直接對變形的U型鋼、工字鋼利用模具進行有目地的整形、修復(fù);對于變形嚴(yán)重沒有修復(fù)價值的U型鋼，則利用鋸床進行鋸、截和重新加工，節(jié)約了材料，緩解了副井緊張的提升局面，提高了核定提升能力。3）針對井下U型鋼不同型號、尺寸，對移動壓力機進行改造，改造后的壓力整形機配有礦車輪，可沿礦車軌道運動，機動靈活，并且可配備多種整形模具，將模具固定在液壓整形頭前端，來對槽鋼、U型鋼、道軌等進行有目的的整形，很好的滿足了不同的需求。4）壓力整形機加工安裝設(shè)有滾輪，操作中推拉工件省力、方便，三人就可操作，效率是一般整形工具的十幾倍。三人在8小時內(nèi)可對百萬噸級金屬礦一月內(nèi)產(chǎn)生的變形支架等完成整形。

七、金屬支架運輸及處理方式可縮性金屬支架與錨注結(jié)合的應(yīng)用

復(fù)雜的深部及軟巖巷道支護條件本世紀(jì)初，隨著金屬礦開采深度的進一步增大，巷道礦山壓力顯現(xiàn)更加強烈，深部礦井巷道支護及軟巖巷道支護成為金屬礦巷道支護急需解決的重要課題。對于礦山壓力顯現(xiàn)強烈及軟弱巖體巷道，由于圍巖體破碎、易變形，底板容易發(fā)生底鼓，單純的可縮性金屬支架或者錨網(wǎng)（噴）支護已不能很好的維護巷道穩(wěn)定。從而要求在現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)條件下，找到一種或幾種更好的支護方式來維護巷道穩(wěn)定，可縮性金屬支架結(jié)合錨注支護的復(fù)合型支護方式能很好地解決這一問題。特別是高強度錨帶網(wǎng)支護體系和大直徑錨索的發(fā)展以及可縮性金屬支架材料的改進和精細(xì)加工為這種復(fù)合型支護方式提供了很好的保證。高強度錨桿的發(fā)展和應(yīng)用提高了支護結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，防止錨桿松弛、錨固失效;與之配套的大直徑錨索提高了錨索的破斷力，為施加高預(yù)緊力創(chuàng)造了條件;與之組合的可縮性金屬支架滑動段的精細(xì)加工、高強高阻限位卡纜及壁后充填技術(shù)實現(xiàn)了U型鋼支架的高阻讓壓可縮。及時的錨桿支護使破碎的圍巖體初步形成整體，提高圍巖體力學(xué)性能;可縮性金屬支架阻止并適應(yīng)松軟的圍巖體的變形和移近，保持巷道形狀和尺寸;注漿使松散破碎的圍巖體進一步形成整體，力學(xué)性能進一步提高;混凝土噴層可防止錨桿、支架等暴露在空氣中銹蝕。

可縮性金屬支架與錨噴（注）結(jié)合支護方案巷道掘進后，及時打錨桿進行初次支護;打完錨桿之后及時噴上一層約30mm的混凝土噴層，防止錨桿暴露在空氣中銹蝕;及時架設(shè)可縮性金屬支架（容易底鼓的巷道采用環(huán)形，其他巷道可采用拱形），支架的力學(xué)參數(shù)及性能、棚距等符合設(shè)計要求，要保證支架與圍巖體全面接觸以使支架承載均勻，架后中空的地方用矸石或其他材料填實，避免支架因受載不均而產(chǎn)生較大變形;架設(shè)完可縮性支架之后進行復(fù)噴，在巷道表面噴射一層厚約100mm的混凝土噴層，噴層要保證完全覆蓋金屬支架;;必要時在圍巖破碎、變形量較大、頂板不太穩(wěn)定的巷道頂板補打錨索。

八、結(jié)束語

金屬支架支護技術(shù)，雖然一定程度上增加了巷道支護初期投入資金量，但有效提高了巷道支護的安全性能，大大減少了巷道長期的維護、維修費用，同性質(zhì)同長度的巷道在使用周期釆用金屬支護與采用傳統(tǒng)木支護相比，采用金屬支護能夠降低企業(yè)的成本。

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