試論構(gòu)造區(qū)的巷道掘進(jìn)及回采圍巖控制

【摘要】地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巖石破碎、圍巖垮落、冒頂，影響巷道掘進(jìn)和回采安全技術(shù)速度。構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)與回采圍巖的控制是個難題。對構(gòu)造區(qū)進(jìn)行探測，錨、注構(gòu)造區(qū)巷道與采場圍巖。從而加固圍巖，以改善和提高圍巖本身的力學(xué)性能，改善或保持圍巖的穩(wěn)定性，滿足工程要求。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)構(gòu)造區(qū)；探測；錨注；圍巖控制

地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖控制是礦山技術(shù)施工管理中的難題，特別是隨著開采深度的增加，掘進(jìn)和回采作業(yè)工作面地壓增大，當(dāng)巷道掘進(jìn)和回采作業(yè)盲目揭露地質(zhì)破碎帶時，常出現(xiàn)圍巖垮落、巷道冒頂?shù)劝踩鹿?，影響巷道掘進(jìn)施工安全技術(shù)進(jìn)度，在圍巖控制上，也只能待破碎帶冒落穩(wěn)定后進(jìn)行，無有效可行辦法。確定合理的支護(hù)方案，顯得尤為重要。但要想有效的進(jìn)行礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖控制，必須根據(jù)巷道掘進(jìn)及回采圍巖所處的工程地質(zhì)環(huán)境，進(jìn)行巷道掘進(jìn)及回采圍巖穩(wěn)定性分析，選擇合理的參數(shù)，確定最佳支護(hù)時間和支護(hù)手段，以滿足礦山安全生產(chǎn)的需要。

1.地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖破壞機(jī)理分析

在沒有開挖工程擾動的情況下，地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巖體處于原始平衡狀態(tài)，巷道掘進(jìn)和采場的回采，打破了原始平衡狀態(tài)，導(dǎo)致地應(yīng)力的釋放，從而引起巖體的變形和向自由面的位移，引起巷道和圍巖應(yīng)力的重新分布。圍巖的過量位移和應(yīng)力集中，將導(dǎo)致圍巖局部或整體的失穩(wěn)和破壞，這就是地壓發(fā)生的過程和機(jī)理。地壓和巖體的受力狀態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)和質(zhì)量、巖體物理力學(xué)性質(zhì)、工程地質(zhì)條件以及時間等因素有關(guān)。“地壓顯現(xiàn)”可以表現(xiàn)為各種不同的形式，如巖石變形、微觀或宏觀破裂、巖層移動、巷道底臌、片幫、冒頂、斷面收縮、支架破壞、采場震落等。

1.1地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的概念

地質(zhì)構(gòu)造是指地殼中的巖層地殼運(yùn)動的作用發(fā)生變形與變位而遺留下來的形態(tài)。地質(zhì)構(gòu)造作用是指主要由地球內(nèi)部能量引起的地殼或巖石圈物質(zhì)的機(jī)械運(yùn)動的作用。它使巖石發(fā)生變形的主要類型是褶皺和斷裂，使巖石發(fā)生變位的方式有水平運(yùn)動和升降運(yùn)動。對于一個具體礦床，當(dāng)選擇了合理的采礦方法后，就要從地面掘進(jìn)一系列巷道通達(dá)礦體，適當(dāng)?shù)夭沙鲇杏玫V物。當(dāng)巷道掘進(jìn)和礦體回采揭露地質(zhì)破碎帶時，常出現(xiàn)圍巖垮落、巷道冒頂?shù)劝踩鹿?。因此，對地質(zhì)構(gòu)造區(qū)圍巖、巷道確定合理的支護(hù)方案，顯得尤為重要。

1.2與巖層有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)

巷道開挖位置一旦確定，其圍巖結(jié)構(gòu)狀態(tài)就不再改變，地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的巖層即為巷道維護(hù)的關(guān)健部位；另外，回采處于地質(zhì)破碎帶上的礦體時，常出現(xiàn)圍巖跨落，采場頂板塌方等安全事故，必需對圍巖和頂板采用適當(dāng)?shù)木S護(hù)和加固措施。

2.地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖支護(hù)技術(shù)關(guān)健技術(shù)手段研究

2.1探測技術(shù)

根據(jù)已知的地質(zhì)資料，利用瑞利波探測儀，對可能出現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造區(qū)的巖層進(jìn)行超前探測，分析探測區(qū)域內(nèi)明顯地質(zhì)異常，明確地質(zhì)異常屬性、賦存位置，掌握構(gòu)造帶準(zhǔn)確位置。當(dāng)巷道掘進(jìn)、礦塊回采至構(gòu)造區(qū)域破碎帶一定距離時，施工破碎圍巖巷道快速通過，對即將回采礦塊時采取相應(yīng)的控制技術(shù)。

2.2錨、注支護(hù)技術(shù)

從巷道圍巖的支護(hù)和采場頂板及圍巖的維護(hù)的全過程出發(fā)，考慮開挖后礦體或圍巖對支護(hù)的動態(tài)力學(xué)響應(yīng)。我們采用的巷道圍巖及采空區(qū)控制技術(shù)，是將圍巖及采空區(qū)看作傳遞和產(chǎn)生載荷的介質(zhì)，同時也與各種在其內(nèi)部或外部支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)物構(gòu)成統(tǒng)一的、相互作用的共同承載體[1]。通過注漿錨桿將破碎圍巖注漿加固與打設(shè)全長錨固錨桿兩種加固手段以及操作工藝流程有機(jī)結(jié)合，使“注、錨”一體化。

2.2.1錨注支護(hù)加固機(jī)理

（1）注漿錨桿注漿后，漿液封堵了圍巖或礦體的裂隙，隔絕了空氣，可以防止巖石風(fēng)化，且能防止巖石被水浸濕后巖石本身的強(qiáng)度降低。

（2）注漿錨桿注漿后將松散破碎的巖石膠結(jié)，形成整體，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度，其力學(xué)性能得到改善和提高，可以實(shí)現(xiàn)利用圍巖或采場未采礦體本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。

（3）注漿錨桿注漿后使得噴層壁后充填密實(shí)，這樣保證荷載能均勻地作用在噴層和支架上。避免出現(xiàn)應(yīng)力集中點(diǎn)而首先破壞。

（4）利用注漿錨桿注漿充填巖體裂隙，配合錨噴支護(hù)，可以形成一個多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱及漿液擴(kuò)散加固拱，使巷道圍巖或采場未采礦體膠結(jié)成拱形連續(xù)體加固圈，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的有效承載范圍，使圍巖沿徑向擠壓的圍巖壓力轉(zhuǎn)換成切向壓力，防止圍巖松動范圍進(jìn)一步擴(kuò)展。

（5）注漿后，使得作用到頂板上的壓力能有效傳遞到幫，通過對兩幫的加固，又能把荷載傳到底板。由于組合拱厚度的加大，這樣又能減小作用在底板上的荷載集中度，從而減小底板巖石中的應(yīng)力，兩幫穩(wěn)定的情況下又能保持拱頂?shù)姆€(wěn)定；頂板的穩(wěn)定不僅僅取決于頂板荷載，在非破碎帶中關(guān)鍵取決于兩幫的穩(wěn)定，因此注漿支護(hù)的又一個重點(diǎn)就是保證兩幫與底板的穩(wěn)定，從而保證整個支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

（6）注漿錨桿本身為全長錨固的錨桿，通過注漿也使端錨的普通錨桿變成全長錨固錨桿，從而將多層組合拱聯(lián)成一個整體，共同承載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

（7）注漿使锝支護(hù)結(jié)構(gòu)面尺寸加大，圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載所產(chǎn)生的彎距減少，從而降低了支護(hù)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，因此能承受更大的荷載，提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載能力，擴(kuò)大了支護(hù)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

（8）注漿后的圍巖整體性好，與原巖形成一個整體，從而能在構(gòu)造應(yīng)力作用下保持穩(wěn)定而不易產(chǎn)生破壞。

2.2.2錨、注支護(hù)相關(guān)技術(shù)研究

通過錨噴支護(hù)，在掘進(jìn)巷道和回采圍巖表面形成噴層，改善了圍巖與支架的受力狀態(tài)，及時向圍巖提供了支護(hù)抗力pi（徑向力），使圍巖表層巖體由未支護(hù)時的二向受力狀態(tài)變?yōu)槿蚴芰顟B(tài)，提高了圍巖強(qiáng)度。

3.地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖支護(hù)技術(shù)應(yīng)用情況

地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域的開采、巷道圍巖控制是影響礦井安全高效生產(chǎn)的主要制約因素?！板^、注”支護(hù)技術(shù)，在許多礦山長期應(yīng)用。為礦區(qū)深部巷道快速掘進(jìn)及采場回采頂板和圍巖控制解決了實(shí)際問題，以最少的成本、工期投入，取得了非常理想的效果，

4.錨、注支護(hù)技術(shù)中應(yīng)注意的問題

（1）當(dāng)?shù)刭|(zhì)破碎帶在巷道掘進(jìn)和采場回采被揭露出來時，為防止圍巖和頂板大面積跨落、冒頂?shù)劝踩鹿实陌l(fā)生，應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)，先撬除頂板與兩幫的浮石，對頂板與圍巖打錨桿、注漿，從根本上改變圍巖力學(xué)特性，減少圍巖變形，提高自承能力。

（2）要對注漿材料（水泥、水玻璃）的質(zhì)量把關(guān)，選用符合要求、優(yōu)質(zhì)的水泥和水玻璃，以保證注漿后，能迅膠結(jié)破碎區(qū)圍巖。

（3）要合理把握錨桿的施工網(wǎng)度，建議排距為0.8米，間距為1米。前排錨桿與后排錨桿交叉布置，建議使用的錨桿長度在2米以上。

綜上所述，錨、注支護(hù)技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中，有許多問題需要完善。盡管如此，在深部采掘工程中，對地質(zhì)構(gòu)造區(qū)巷道掘進(jìn)及回采圍巖進(jìn)行“探、錨、注”支護(hù)不失為一種有效的技術(shù)方案。從提高圍巖強(qiáng)度角度出發(fā)，該技術(shù)方案科學(xué)合理，能取得良好的支護(hù)效果和較大的經(jīng)濟(jì)效益。對類似條件下巷道掘進(jìn)及回采圍巖控制有一定的參考作用。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］高磊主編.礦山巖石力學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社，1987.3.