對復(fù)雜地質(zhì)條件下巷道支護(hù)技術(shù)研究

黃杰

摘要：長期以來，各種形式的地下工程（鐵路隧道，公路隧道，礦井隧道，水工隧道，國防和民防工程，市政渠道，城市地鐵和地下商業(yè)建筑等）已在國內(nèi)外廣泛使用。由于地下工程的環(huán)境和應(yīng)力條件與地基工程有很大的不同，地面工程的設(shè)計(jì)理論和方法不能簡單地用于解決地下工程問題。本文闡述了常用的巷道支護(hù)技術(shù)，并針對云錫公司卡房分礦做了具體的分析。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì);巷道支護(hù);技術(shù)研究

1國內(nèi)外礦山巷道支護(hù)理論

1.1國外理論

國外道支護(hù)理論的研究早于其他國家。目前，最實(shí)用，最發(fā)達(dá)的理論如下：一是新奧法理論，它是奧地利專家在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)60年代提出的，主要針對的是隧道施工設(shè)計(jì)。隨后，該方法逐漸用于需要在采礦支撐的圍巖中，目前，它已成為軟巖支護(hù)的主要理論之一。新奧法的核心是利用周圍巖石的自承載能力來支撐隧道，促進(jìn)周圍巖石本身成為支撐結(jié)構(gòu)的重要組成部分，并使周圍的巖石和將支撐結(jié)構(gòu)一起構(gòu)造成一個堅(jiān)固的支撐環(huán)。該方法是在隧道開挖的基礎(chǔ)上提出的，在一些特殊的地質(zhì)環(huán)境中不能盲目用于礦體的圍巖支護(hù)^[1]。二是應(yīng)變控制理論，由日本學(xué)者提出。根據(jù)該理論，隧道圍巖應(yīng)變隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而減小，而允許應(yīng)變隨支護(hù)結(jié)構(gòu)的增加而增大。因此，通過添加支撐結(jié)構(gòu)，可以容易地將圍巖的應(yīng)變控制在允許范圍內(nèi)。支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)由與工程測量中的應(yīng)變（各種監(jiān)視）相對應(yīng)的感應(yīng)系數(shù)的數(shù)量確定。三是能量支持理論，Salamon等人在20世紀(jì)70年代提出了能量支持理論。該理論認(rèn)為支撐結(jié)構(gòu)與周圍巖石相互作用并一起變形，在變形過程中，周圍的巖石釋放出一些能量，而支撐結(jié)構(gòu)吸收一些能量，但總能量不會改變。因此，他提出應(yīng)利用支撐結(jié)構(gòu)的特性自動調(diào)整圍巖釋放的能量和支撐體吸收的能量。支撐結(jié)構(gòu)具有動能以自動釋放多余的能量。該理論強(qiáng)調(diào)支撐自動調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的作用，體現(xiàn)了剛?cè)峤Y(jié)合在支撐過程中的重要性，對實(shí)際工程具有一定的指導(dǎo)意義。

1.2國內(nèi)理論

我國的主要巷道支護(hù)理論主要有：1）軸變化理論。該理論認(rèn)為，巷道圍巖破壞是由應(yīng)力超過巖體強(qiáng)度極限引起的，而崩塌是由于改變巷道豎井比，導(dǎo)致圍巖破壞是由超過巖體強(qiáng)度極限的應(yīng)力引起的。應(yīng)力重新分布導(dǎo)致高應(yīng)力的降低和低應(yīng)力的上升直至自穩(wěn)定平衡。均勻應(yīng)力分布的軸比是道路最穩(wěn)定的軸比，其形狀為橢圓形。“挖掘系統(tǒng)控制理論”認(rèn)為挖掘擾亂了巖體的平衡。不平衡系統(tǒng)具有自組織能力，可以自行穩(wěn)定。該理論繼承了新奧法的思想，即圍巖具有一定的自穩(wěn)定能力，并強(qiáng)調(diào)支撐的針對性。2）聯(lián)合支援理論。該理論認(rèn)為：對于軟巖巷道支護(hù)。強(qiáng)調(diào)支持的剛性是不合理的。必須“先軟而剛剛，先挖，讓路，中等柔軟，穩(wěn)定支撐”，并開發(fā)了錨桿支護(hù)技術(shù)，錨噴支護(hù)技術(shù)，錨桿支護(hù)技術(shù)等。3）錨噴支護(hù)理論。該理論繼承了組合支撐理論的觀點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上認(rèn)為不可能始終強(qiáng)調(diào)軟巖的壓力釋放，并且必須在一定程度上堅(jiān)決抵抗壓力。也就是說，關(guān)節(jié)支撐理論的剛性支撐形式是“鋼筋混凝土弧形板”，因此有必要限制和頂部從圍巖到空心巖石的位移。4）耦合組合支持理論。巷道支護(hù)的失效主要是由于支撐體和周圍巖體的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)和其他方面存在非耦合現(xiàn)象。復(fù)雜的道路支護(hù)應(yīng)分為兩個支護(hù)時間。第一個是柔性表面支撐，第二個是關(guān)鍵位置的點(diǎn)支撐。該理論重視對支持機(jī)會的把握，認(rèn)為支護(hù)是一個系統(tǒng)工程。多重支護(hù)對一些關(guān)鍵部件的穩(wěn)定性具有重要意義。5）圍巖松動圈理論。主要觀點(diǎn)是隨后的巖石松動圈在任何裸體巷道中都接近于零。此時，道路的彈塑性變形存在，但不需要支撐。松散圓越大，會聚變形越大，支撐越困難。因此，支撐的目的是防止圍巖松動圈發(fā)展中的有害變形。目前，該理論得到了廣泛的應(yīng)用，并且圍巖松動環(huán)的檢測技術(shù)不斷得到改進(jìn)。

2目前常用的支護(hù)技術(shù)

2.1U型棚支護(hù)

在深采巷道圍巖壓力的作用下，U形棚支撐采用拱形支撐和梯形支撐，具有一定的可壓縮性，支撐通過構(gòu)件搭接部分的滑動產(chǎn)生一定的收縮。通過緊固夾具可以調(diào)節(jié)收縮的大小，最大收縮可以達(dá)到300～350mm。在安裝支架時，應(yīng)擰緊夾緊環(huán)中的螺釘，以確保支持有一定的初步支持力量。當(dāng)深巷道的圍巖繼續(xù)受壓時，U形鋼構(gòu)件將滑動，從而緩解支撐上的深巷道的圍巖的壓力。在夾具之間的收縮用完之前，支撐從原始變型變?yōu)殇撝?，并在深部巷道的圍巖上起支撐作用^[2]。

2.2噴漿技術(shù)

噴漿技術(shù)是利用壓縮空氣或其他動力將一定比例的混凝土混合物沿管道混合到噴嘴中。在較高速度（高達(dá)60-80m / s）的垂直注入受噴面，在噴涂過程中通過水泥和骨料的連續(xù)沖擊壓實(shí)形成的混凝土。這是一種特殊的混凝土施工方法，其特點(diǎn)是高速注入壓縮空氣。在巖土工程和采礦工程中，噴射混凝土不僅可以單獨(dú)作為加固手段，而且可以與錨桿支撐緊密結(jié)合，即噴射混凝土和錨桿支撐。

2.3錨桿支護(hù)技術(shù)

錨桿支護(hù)技術(shù)作為巷道和地下工程支護(hù)技術(shù)的主要形式之一，具有較早的發(fā)展歷史，應(yīng)用廣泛。現(xiàn)在它在煤礦，金屬礦山，水力發(fā)電，隧道和其他地下工程領(lǐng)域迅速發(fā)展。隨著采礦深度的增加，道路支持變得越來越困難。在20世紀(jì)80年代，一些使用金屬支撐的國家開始重視螺栓技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。但是，錨桿技術(shù)仍局限于周邊巖石更穩(wěn)定的巷道^[4]。中國從20世紀(jì)50年代開始引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)，但隨著社會的發(fā)展，螺栓支撐技術(shù)在我國得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，取得了很多很好的成績。目前，我國錨桿支護(hù)存在的主要問題是：錨桿錨固力普遍較低，可靠性較差。樹脂錨的使用比例非常小;錨桿密度大。安裝速度慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上行駛速度。

3實(shí)例

本文以云錫公司卡房分礦為例，分析了其地形結(jié)構(gòu)，以及提出了合適的巷道支護(hù)措施。

云錫公司卡房分礦屬于多金屬礦，其礦山多為玄武巖，花崗巖，大理巖。為了解決礦山-巖石接觸區(qū)巷道和粉質(zhì)礦巷道中管道錨桿支護(hù)的腐蝕失效，擴(kuò)孔失效，端錨失效等問題，應(yīng)選擇耐腐蝕性和高抗拉強(qiáng)度錨桿作為支護(hù)材料。云錫公司卡房分礦接觸區(qū)的圍巖巖石柔軟破碎，完整性差。噴射錨網(wǎng)支護(hù)可以減少圍巖變形，提高圍巖承載力，這是一種很好的支護(hù)方法，它基于圍巖本身的阻力，通過科學(xué)加固圍巖，與周圍巖石形成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)安全支撐。因此，噴射混凝土錨網(wǎng)支架適用于云錫公司卡房分礦的巖石接觸區(qū)支護(hù)條件?？勺鳛榈V井接觸區(qū)巷道的主要組合支護(hù)形式，保護(hù)方案為玻璃鋼錨桿噴錨支護(hù)網(wǎng)。同時，云錫公司卡房分礦礦山- 巖石接觸帶巷道的支護(hù)是針對礦體巷道，巖體隧道和接觸帶區(qū)域的不同圍巖特征和變形特征。有必要設(shè)計(jì)不同的支撐參數(shù)，以確保收斂變形率的誤差較小，并防止由于不同的變形率導(dǎo)致的巷道失效。

4結(jié)語

由于金屬礦物是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源，我們始終有必要采用最合適的施工方法來確保深部采礦的安全。上述幾種深采巷道支付方式可以最大限度地保持巖巷穩(wěn)定，保證施工安全。但是，要繼續(xù)完善深部巷道的支護(hù)方式，以確保更多的生命安全。

參考文獻(xiàn)

[1]張國強(qiáng)，劉紅巖，王成龍.某金屬地下礦山灰?guī)r破碎巷道支護(hù)方案比選[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2018，（8）：193-195.

[2]時磊，王滿，汪龍，等.破碎巷道錨網(wǎng)噴支護(hù)技術(shù)研究[J].金屬礦山，2018，（10）：7-12.

[4]李光，馬鳳山，劉港，等.金川礦區(qū)深部巷道支護(hù)效果評價及參數(shù)優(yōu)化研究[J].黃金科學(xué)技術(shù)，2018，26（5）：605-614.