礦山開采掘進(jìn)中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用研究

邱 臣

（內(nèi)蒙古慧通能源有限公司，內(nèi)蒙古 額爾古納 022250）

目前來看，我國礦山開采以深部開采為主，這種開采方式有較大的難度，會一定程度上增加礦山開采掘進(jìn)工作的成本，嚴(yán)重時還會增加掘進(jìn)過程中的危險性。高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用于礦山開采掘進(jìn)工作中的技術(shù)，其可以對整個巷道作掘進(jìn)支護(hù)，較好的解決復(fù)雜巷道的不安全性問題，保證和提升掘進(jìn)操作的安全性和平穩(wěn)性，尤其是其中的噴射混凝土支護(hù)技術(shù)、光爆錨噴支護(hù)技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢更為顯著，可形成高強(qiáng)度的支護(hù)體，滿足礦山開采掘進(jìn)工作需求。但高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在礦山開采掘進(jìn)工作中的應(yīng)用有一定的復(fù)雜性和特殊性，如何保證高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量是一直研究的問題之一，進(jìn)一步分析探討礦山開采掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)尤為必要。

1 礦山開采掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

就高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用原理來說，其在礦山巷道支護(hù)中有著十分良好的實(shí)用性和適用性，可保障礦山掘進(jìn)作業(yè)的安全。在高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用時技術(shù)人員先對巷道所處環(huán)境作全面的分析，尤其是勘察掘進(jìn)坍塌問題，在特定位置安裝相應(yīng)的預(yù)警裝置，始終將保證礦山巷道穩(wěn)定性作為技術(shù)應(yīng)用的核心。另外，在高強(qiáng)度支護(hù)時技術(shù)人員還需要按照巷道的所處情況靈活加長錨桿長度，提升錨桿的承載重力，若出現(xiàn)頂重大于承載重量的情況，則要考慮自動預(yù)應(yīng)力的作用，確保巷道有足夠的抗變形能力。目前來看，在應(yīng)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)時還可以通過抵消垂直力來增強(qiáng)巷道側(cè)壁的承載能力，無論是巷道安全性還是掘進(jìn)效率均有很大程度的提升。

就礦山開采掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢來說，主要體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：①高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)是在物理知識和數(shù)學(xué)知識基礎(chǔ)上發(fā)展而來的技術(shù)，應(yīng)用優(yōu)勢十分顯著，可以適應(yīng)于多種礦山深部巷道掘進(jìn)中。尤其是在一些地形較為復(fù)雜、礦層松軟的礦區(qū)應(yīng)用效果更佳，在掘進(jìn)過程中可保證巖巷的穩(wěn)定性；②長期的實(shí)踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用可充分發(fā)揮圍巖的應(yīng)力，控制巷道變形和移動的發(fā)生，且支護(hù)技術(shù)應(yīng)用所花費(fèi)的成本較低，不易受到大氣條件的影響。另外，礦山開采掘進(jìn)過程中所使用的支架材料較為簡單，不僅可以減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，而且可以改善工作人員的工作環(huán)境，對提升礦山作業(yè)能力、生產(chǎn)速度均有十分重要的意義；③高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)最早應(yīng)用于礦山巷道頂面，當(dāng)支護(hù)應(yīng)力達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)時即可形成相應(yīng)的承載結(jié)構(gòu)，擠壓出外部結(jié)構(gòu)，巷道垂直應(yīng)力集中可以逐步弱化，圍巖變形控制能力大大提升，以此來形成最佳的主動支護(hù)結(jié)構(gòu)[1]。圖1，巷道強(qiáng)化支護(hù)高效掘進(jìn)現(xiàn)場。

圖1 巷道強(qiáng)化支護(hù)高效掘進(jìn)

2 礦山開采掘進(jìn)工作中高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 噴射混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

噴射混凝土支護(hù)技術(shù)是礦山開采掘進(jìn)工作中較為常見的一種高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)已有支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。實(shí)際應(yīng)用時可以合理利用多種混凝土，增強(qiáng)巷道支護(hù)的強(qiáng)度，提升支護(hù)效果。目前來看，噴射混凝土支護(hù)技術(shù)主要有三種形式，即水泥裹沙噴射混凝土、濕式噴射混凝土及干式噴射混凝土。三種方式所使用的機(jī)械設(shè)備及材料大致相同，均是采用人工操作的方式來拌合水泥、速凝劑和混凝土，而后直接或間接噴射到巷道內(nèi)需要支護(hù)的位置。以其中的水泥裹沙噴射混凝土為例，其原理是采用水泥包裹沙礫，而后使用泵送的方式噴出混合料，以此形成高強(qiáng)度的支護(hù)體。

結(jié)合噴射混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中的特點(diǎn)，實(shí)際操作過程中需要三方面的要點(diǎn)。一是做好前期的勘查工作，準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)巷道內(nèi)極易坍塌的部位，采取針對性和重點(diǎn)性的支護(hù)。坍塌區(qū)域的防護(hù)可以優(yōu)先選擇干式噴射混凝土加固這一方式，原因在于其有更好的穩(wěn)定性，可滿足實(shí)際需求。二是若坍塌區(qū)域有較高的坍塌危險性，同時需要較高的穩(wěn)定性，則可以考慮選用水泥裹沙噴射混凝土方法，以此起到輔助性支護(hù)的作用。三是為進(jìn)一步做好支護(hù)輔助區(qū)域的加固工作，可使用空氣壓縮和泵送的方式，并結(jié)合具體掘進(jìn)要求做好技術(shù)優(yōu)化。

2.2 光爆錨噴支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

與其他類型的高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)有所不同，光爆錨噴支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用有很強(qiáng)的特殊性，尤其是對使用條件有較高的要求，所要重點(diǎn)注意的參數(shù)設(shè)置包括炸藥用量、耦合系數(shù)、炸藥結(jié)構(gòu)、最小抵抗線及炮孔間距。比如在裝藥連線操作中，施工人員必須嚴(yán)格按照爆破圖表合理裝填，周邊眼不得隨意增加裝藥量。再比如炮眼連線使用段發(fā)雷管的掘進(jìn)工作面，務(wù)必保證周邊眼要在中部炮眼爆破后單裝單放，使用毫秒雷管時必須保證周邊眼使用同段雷管。

為確保掘進(jìn)工作有絕對性的安全和穩(wěn)定，在應(yīng)用光爆錨噴支護(hù)技術(shù)時需要重點(diǎn)把控以下要點(diǎn)：①正式施工前工作人員重點(diǎn)確定礦井周圍和建設(shè)巖石的方位，制定高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的針對性應(yīng)用方案，重點(diǎn)強(qiáng)化危險巷道部位，提升圍巖基層的安全性與穩(wěn)定性；②需要重點(diǎn)加固的部位可以優(yōu)先選擇錨桿，并使用相關(guān)的支護(hù)體系來加固支撐危險性高的部位。為確保梁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)很好的組合效果，可考慮使用光爆錨桿技術(shù)。長期的實(shí)踐應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，光爆錨桿技術(shù)在提升錨固部分和薄巖層穩(wěn)定性中有十分好的效果，對保證和提升巷道承載力有十分重要的意義。除此之外，需要特別注意一點(diǎn)，光爆錨噴支護(hù)技術(shù)注重防御性支護(hù)，其可以有效應(yīng)對巖層的坍塌和滑移風(fēng)險，為更好預(yù)防圍巖風(fēng)化所帶來的影響，必須確保最低錨桿空頂距離在1.5m以下，待完成錨桿支護(hù)工作后還需要檢查周邊的環(huán)境[2]。

2.3 聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

聯(lián)合支護(hù)技術(shù)是近年來得到廣泛應(yīng)用的一類高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，其優(yōu)勢在于可以借助具有可縮性的U型鋼來形成聯(lián)合支護(hù)體?？偟膩碚f，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用有效彌補(bǔ)了噴射混凝土支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中的不足，支護(hù)成本更低，且支護(hù)強(qiáng)度較高。目前來看，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)的支護(hù)方法主要有兩種，一是錨背支護(hù)技術(shù)與U型鋼可縮性技術(shù)聯(lián)合使用，相比于以往所使用的支護(hù)技術(shù)，這種聯(lián)合支護(hù)技術(shù)可大大增強(qiáng)巷道支護(hù)的穩(wěn)定性，甚至可以應(yīng)用到位置較高的巷道中。二是錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，其優(yōu)勢在于可以構(gòu)建更為安全的采礦掘進(jìn)環(huán)境[3]。以錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)為例來說，作為一種以光面爆破技術(shù)為主的支護(hù)技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用時所做的工作主要包括初噴和打錨孔，待錨桿、鋼絲網(wǎng)和鋼梁等材料的支護(hù)工作完成后，便可以通過混凝土噴射技術(shù)再一次加固錨梁網(wǎng)，強(qiáng)化加固作用。

在應(yīng)用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)時需要重點(diǎn)把控兩點(diǎn)技術(shù)要點(diǎn)，一是在采用錨網(wǎng)索噴＋U型棚支架＋滯后注漿這一支護(hù)方式時，要重點(diǎn)做好灌漿工作，先對巷道做打眼處理，將注漿錨桿固定在孔眼內(nèi)，按照注漿情況確定注漿錨桿數(shù)量。另外，使用人工或及機(jī)器來攪拌水泥，一邊攪拌一邊注漿，通常情況下注漿地點(diǎn)與攪拌點(diǎn)之間的位置要控制在5m以內(nèi)。聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用時要重點(diǎn)做好質(zhì)量監(jiān)測工作，開展系統(tǒng)化和層次化的監(jiān)管工作，重點(diǎn)監(jiān)管錨梁網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)應(yīng)用時各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置情況，以確保巷道掘進(jìn)時的安全性。

3 提升高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用效果的方向

多種高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)在礦山開采掘進(jìn)支護(hù)中有很好的應(yīng)用優(yōu)勢，對增強(qiáng)礦山開采掘進(jìn)工作安全性和專業(yè)性具有十分重要的意義。但在實(shí)際應(yīng)用過程中也有一定的局限性，比如工藝流程操作時會受到巷道環(huán)境諸多的影響、質(zhì)量控制能力不佳等，進(jìn)一步做好高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的創(chuàng)新與推廣工作尤為重要。總的來說，今后在應(yīng)用高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)時還需要做好以下幾點(diǎn)工作：①在面對深部礦山這種支護(hù)環(huán)境時，應(yīng)借助巷道圍巖壓力來強(qiáng)化巖體的預(yù)應(yīng)力，以此來確保巷道有一個很好的自立能力[4]；②施工前要對整個礦山開采掘進(jìn)工作有充分的了解和掌握，尤其是綜合施工難度、地質(zhì)條件、溫度等因素來決定高強(qiáng)支護(hù)方案；③在礦山開采掘進(jìn)支護(hù)時需要重點(diǎn)結(jié)合礦井的開采作業(yè)情況，考慮使用多種高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)，實(shí)施高強(qiáng)支座組合應(yīng)用。

4 結(jié)語

噴射混凝土支護(hù)技術(shù)、光爆錨噴支護(hù)技術(shù)及聯(lián)合支護(hù)技術(shù)均是高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)的常用形式，在礦山開采掘進(jìn)支護(hù)中發(fā)揮著重要的作用，實(shí)際使用時要嚴(yán)格遵循技術(shù)應(yīng)用的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，按照工藝流程開展支護(hù)作用。考慮到各種高強(qiáng)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用過程中尚存在一些亟需解決的問題，因而后續(xù)要進(jìn)一步做好技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)工作，以此強(qiáng)化支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用效果，確保巷道穩(wěn)定性[5-8]。