白音呼布矿业深部开采分类支护方案.pdf

Ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ６ １ ５ Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０ ２ ０ 现 代 矿 业 Ｍ Ｏ Ｄ Ｅ Ｒ ＮＭ Ｉ Ｎ Ｉ Ｎ Ｇ 总 第６ １ ５ 期 ２ ０ ２ ０ 年 ７月第 ７期 刘鹏博（ １ ９ ８ ６ ） ， 男， 工程师， ０ ２ ６ ３ ０ ０内蒙古锡林郭勒盟。 白音呼布矿业深部开采分类支护方案 刘鹏博 尤克成 刘龙宝 刁兆龙 （ 锡林郭勒盟山金白音呼布矿业有限公司） 摘 要 针对白音呼布矿业有限公司在深井开拓过程中遇到的岩石力学及地压方面的问题， 介 绍了该公司针对不同深度、 区域的巷道所采取的不同支护方案， 实现了岩体分类支护， 强化了工程质 量和进度， 确保了施工人员及设备安全。 关键词 深部开采 分类支护 岩体特性 Ｄ Ｏ Ｉ １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ４  ６ ０ ８ ２ ． ２ ０ ２ ０ ． ０ ７ ． ０ ２ ７ 白音呼布矿业公司正在进行深部开拓工程施工， 巷道的施工导致地下原有应力发生破坏， 产生应力集 中， 使得巷道受到很强的地压作用， 特别是深部开拓 区域， 巷道施工过程中地压显现较为显著， 围岩破坏 较为严重， 并且会伴随岩爆现象发生［ １  ２ ］。针对这一 问题， 公司工程技术人员开展了地压及支护方面研究 工作， 确保了工程进度， 实现了安全施工。 １ 工程背景 白音呼布矿业公司位于内蒙古自治区锡林郭勒 盟东乌珠穆沁旗东北部， 距东乌珠穆沁旗约 １ ０ ０ｋ ｍ ， 行政区划属东乌珠穆沁旗萨麦苏木管辖。公司采用 竖井开拓， 由主井与西风井构成侧翼对角式通风系 统。主井井筒净断面  ５ ． ５ｍ ， 井口标高 ＋ ９ ８ ６ ． ０ｍ ， 井底标高 ＋ ３ ０ｍ ， 井筒全深 ９ ５ ６ｍ ， 属于典型的深井 开采矿山。 在深部开采过程中通常会遇到“ 三高一扰动” 的 复杂地质力学环境［ ３  ４ ］， 白音呼布矿业公司因深井开 拓， 受到高应力现象较为严重。由于地应力大， 巷道 开挖后地压显现较为明显， 单一的支护手段已经无法 有效地保障巷道掘进过程中的安全［ ５  ７ ］。针对公司复 杂工程地质条件， 需要研究适合其复杂工程条件的多 种支护方式。 ２ 围岩特性及存在的问题 根据白音呼布矿业公司深井开拓已揭露的围岩 可知， 该矿井浅部开拓工程主要分布在板岩中。板岩 地带节理发育， 岩石完整性差， 板岩普遍具多组共轭 节理， 带内局部淋水， 含水层为构造裂隙含水层， 致使 岩体不稳固， 同时部分区域岩体泥化现象严重， 巷道 成形困难。管锚杆支护后存在围岩脱落造成“ 挂 网兜” 、 锚网脱落、 锚杆裸露现象， 见图 １ 。 深部开拓工程主要分布在花岗岩中。深部花岗 岩岩石致密， 完整性较好， 强度较高， 加上地应力较 大， 致使该区域工程施工过程中常伴有岩爆现象发 生。从现场来看， 爆破后 ６ｈ 内， 岩爆现象较为突出， 常出现围岩声响和岩块弹射现象， 向作业面浇水后应 力释放加快， 见图 ２ 。 图 １ 管缝锚杆支护后围岩脱落 图 ２ 刚掘进完的巷道发生岩爆现象 锚网支护后巷道脱皮现象持续发生， 造成锚杆裸 露、 锚网破坏现象， 见图 ３ ， 特别是垂直于主应力方向 的井巷工程施工尤为困难。 目前矿井多处掘进工程出现不同程度的岩爆现 象， 深部中段岩爆现象尤为突出。巷道岩爆直接威胁 着施工人员和设备的安全， 且每班排险、 支护工作量 ４９ 图 ３ 垂直于主应力方向支护破坏严重 大， 工程质量受严重影响， 已有多个凿岩班组撤离巷 道岩爆区域， 严重影响基建工程进度。 ３ 分类支护方案 由前面介绍可以得出， 白音呼布矿业公司在开拓 过程中遇到了浅部岩体破碎、 深部岩爆等问题， 严重 影响施工进度， 同时增加了工程成本， 为此公司工程 技术人员结合现场实际， 根据各开拓工程所处区域岩 性、 埋深的不同， 有针对性地采取了不同的支护方 式［ ８ ］， 取得了较好的效果。 ３ ． １ 浅部岩体节理裂隙较少区域 该区域岩体较为稳定， 通过分析研究并查阅相关 资料， 进行了控制爆破减少对围岩的扰动， 并采取了 素喷混凝土支护的方式。喷浆时间一般在爆破完成 后 ５～ ７ｄ 内进行， 一方面便于喷浆、 凿岩、 出渣等生 产环节的施工组织， 另一方面也是给围岩留出应力释 放的时间， 充分发挥围岩的自承载能力， 确保巷道密 闭后整体稳定。喷射混凝土厚度在 ３ ０～ ５ ０ｍ ｍ ， 喷射 混泥土强度不得低于 Ｃ ２ ０ ， 在保证安全的基础上， 有 效地降低了支护成本。素喷混凝土支护成本约为 ４ ０ ０元／ ｍ ， 比锚网支护成本降低约 ２ ５ ％。素喷混凝 土支护效果见图 ４ 。 图 ４ 素喷混凝土支护效果 ３ ． ２ 浅部岩体节理裂隙较发育区域 该区域岩体不稳定， 需采用管缝锚杆 ＋ 网片的支 护方式。 （ １ ） 管缝锚杆长度 １８ ０ ０ｍ ｍ ， 管壁外径 ４ ３ｍ ｍ ， 壁厚不低于 ２ｍ ｍ ， 缝宽 １ ３～１ ８ｍ ｍ ， 锚杆网度 ９ ０ ０ ｍ ｍ ９ ０ ０ｍ ｍ （ 实际施工过程中网度可根据现场岩体 特性调整） ； 托板采用碟型， 厚度不小于４ｍ ｍ ， 尺寸不 小于 １ ５ ０ｍ ｍ １ ５ ０ｍ ｍ ； 锚杆的杆体使用前应平直、 除锈、 除油。 （ ２ ） 网片规格 １０ ０ ０ｍ ｍ ２０ ０ ０ｍ ｍ ， 网度不大于 １ ０ ０ｍ ｍ １ ０ ０ｍ ｍ ， 采用 φ ６ｍ ｍ钢筋焊接而成， 网片 间搭接长度 １ ０ ０ｍ ｍ ， 搭接处采用 １ ４号铁丝双股绑 扎， 搭接处每隔 ３ ０ ０ｍ ｍ进行绑扎； 网片方向要统一， 严禁出现网片杂乱无章， 不绑扎、 无压茬现象； （ ３ ） 锚杆间、 排距误差不大于 １ ０ ０ｍ ｍ ， 安装的锚 杆与巷道轮廓线或岩层面夹角不小于 ７ ５ ， 杜绝锚杆 穿皮现象； 安装后锚杆托盘要紧贴岩面， 装锚杆前必 须对眼孔用压风进行吹扫。锚网支护效果见图 ５ 。 图 ５ 锚网支护效果 ３ ． ３ 浅部岩体泥化严重区域 此种情况主要存在于部分沿脉工程中， 通常情况 下设计采用树脂锚杆 ＋网片的支护方式。在泥化非 常严重的区域， 采用上述方法施工时， 顶板一直脱落， 难以施工且不能保证支护效果， 为此设计采用了喷浆 ＋ 树脂锚杆 ＋ 穿带的支护方式， 顺利通过了泥化严重 区域， 保证了巷道的正常掘进。采用树脂锚杆加网片 施工时， 树脂锚杆（ 左旋） 为全螺纹钢锚杆， 外径  ２ ０ ～ ２ ４ｍ ｍ ， 长度不低于 ２２ ０ ０ｍ ｍ ， 锚杆网度 ９ ０ ０ｍ ｍ ９ ０ ０ｍ ｍ （ 实际施工过程中网度可根据现场岩体特性 调整） ； 托板厚度不得小于８ｍ ｍ ， 方形托板为２ ０ ０ｍ ｍ ２ ０ ０ｍ ｍ ， 托板形状为蝶形托板。树脂锚杆支护时， 锚杆尾端螺母必须拧紧， 螺母扭矩力不得低于 １ ０ ０ Ｎ ｍ ， 托板必须紧贴壁面， 未接触部位必须楔紧， 杆 体外露长度不大于 １ ０ ０ｍ ｍ 。网片参数规格及支护施 工注意事项同管缝锚杆施工。 采用喷浆 ＋ 树脂锚杆 ＋ 穿带支护方式施工时， 喷 浆厚度一般要求 １ ０ ０ｍ ｍ ； 穿带长度 １０ ０ ０ｍ ｍ ， 宽度 １ ０ ０ｍ ｍ ， 采用  １ ２ｍ ｍ圆钢焊接而成， 圆钢闭合处搭 接长度不小于 １ ０ ０ｍ ｍ ； 树脂锚杆参数及施工要求同 上。树脂锚杆支护效果图 ６ 。 ３ ． ４ 深部岩体岩爆区域 此区域开采深度较大， 围岩应力也较大， 岩爆现 象较为突出。为此公司采取了超前钻孔卸压、 洒水卸 压、 调整作业时间避开岩爆高发期、 临时棚架下作业 ５９ 刘鹏博 尤克成等 白音呼布矿业深部开采分类支护方案 ２ ０ ２ ０年 ７月第 ７期 图 ６ 树脂锚杆支护效果 等措施， 保证了施工安全。同时专门制定了锚网穿带 联合支护方案， 收到了较好效果。锚网穿带联合支护 设计见图 ７ 。支护方案具体如下。 图 ７ 锚网穿带联合支护设计（ 单位 ｍｍ） （ １ ） 锚杆采用管缝式锚杆， 管缝式锚杆、 网片参 数及相关施工要求同前。 （ ２ ） 穿带长度 １０ ０ ０ｍ ｍ ， 宽度 １ ０ ０ｍ ｍ ， 采用  １ ２ ｍ ｍ圆钢焊接而成， 圆钢闭合处搭接长度不小于 １ ０ ０ ｍ ｍ 。 （ ３ ） 图 ７支护设计为巷道标准支护设计， 具体巷 道根据岩性、 岩爆情况科学选择锚网支护、 锚杆穿带 支护等方式， 并合理调整支护参数。 ４ 下一步工作及相关建议 本研究分析了白音呼布矿业公司深井开拓岩体 分布特点及存在的问题， 并根据不同岩性不同区域制 定了相应的支护方案， 保证了工程安全高效施工。在 此基础上建议做好如下工作。 （ １ ） 做好岩爆防治研究工作， 进行矿区巷道岩爆 诱发机理与关键影响因素研究， 制定岩爆防治措施， 将岩爆的影响降到最低。一是在工程布局时尽量沿 主应力方向布置， 二是对沿最大主应力方向的巷道在 支护方式和支护网度上进行优化、 简化， 使穿带方向 与主应力方向垂直， 起到最大支护效果， 降低反复支 护造成的费用增加现象。 （ ２ ） 开展好岩体质量分级项目研究。通过该项 目研究为不同区域巷道支护方式及采场规格提供理 论依据， 并进一步优化、 细化各类支护方案。 （ ３ ） 开展地压在线监测项目研究。在深部中段 装设地压在线检测系统， 及时掌握应力变化情况， 对 岩爆情况进行科学预警预测， 同时建立地应力 ａ ｐ ｐ系 统， 使每一个工程技术、 安全管理人员及时掌握各作 业点地应力分布、 变化情况， 为科学指挥施工和安全 管理提供技术支撑。 参 考 文 献 ［ １ ］ 王成双． 深部巷道围岩锚杆联合支护技术研究［ Ｊ ］ ． 黑龙江科技 信息， ２ ０ １ ４ （ ２ ５ ） １ ４ ４ ． ［ ２ ］ 柏建彪， 侯朝炯． 深部巷道围岩控制原理与应用研究［ Ｊ ］ ． 中国 矿业大学学报， ２ ０ ０ ６ （ ２ ） １ ４ ５  １ ４ ８ ． ［ ３ ］ 徐向东， 李青锋， 唐湘隆． 深部巷道围岩破碎区及裂隙区分布及 其支护控制［ Ｊ ］ ． 矿业工程研究， ２ ０ １ ８ （ １ ） １ １  １ ８ ． ［ ４ ］ 张书根． 浅谈锚杆联合技术在煤矿矿井深部巷道中的应用［ Ｊ ］ ． 科技资讯， ２ ０ ０ ９ （ ４ ） ９ ４  ９ ５ ． ［ ５ ］ 田海青． 论采矿工程技术的改进在矿山企业的作用［ Ｊ ］ ． 能源与 节能， ２ ０ １ ６ （ １ ２ ） １ ７ ０  １ ７ １ ． ［ ６ ］ 晋 建． 采矿工程锚喷支护质量控制分析［ Ｊ ］ ． 机械管理开发， ２ ０ １ ７ （ ３ ） ６ １  ６ ２ ． ［ ７ ］ 许林勇， 刘明申． 深部高水平应力巷道支护参数的优化［ Ｊ ］ ． 山 东煤炭科技， ２ ０ １ ４ （ ７ ） １ １  １ ２ ． ［ ８ ］ 李 杰． 对巷道支护形式的认识［ Ｊ ］ ． 内蒙古煤炭经济， ２ ０ １ ３ （ １ １ ） ８ ２  ８ ３ ． （ 收稿日期 ２ ０ ２ ０  ０ ５  １ ８ 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 ） （ 上接第 ９ ３页） 点动的方式开启煤溜。钻杆、 链环、 挡皮等物件需重新清理、 摆放， 不得影响煤溜运行。 （ ３ ） 放炮前， 须对附近的风水管路、 液管、 支架压 力表、 扩音器以及支架等设备进行防护， 作业地点联 络员须说明放炮位置（ 支架编号） ， 做好警戒， 各地点 作业人员有序撤离， 安全回复后方可按正常程序操 作。 参 考 文 献 ［ １ ］ 李永忠， 何 团， 张学亮． 坚硬顶板条件下周期来压规律分析 ［ Ｊ ］ ． 煤炭技术， ２ ０ １ ６ ， ３ ５ （ ４ ） ８ ７  ８ ９ ． ［ ２ ］ 钱鸣高， 石平五， 许家林． 矿山压力与岩层控制［ Ｍ］ ． 徐州 中国 矿业大学出版社， ２ ０ １ ０ ． ［ ３ ］ 鞠金峰， 许家林． 大柳塔煤矿 ２ ２ １ ０ ３综采面压架机理及防治措施 ［ Ｊ ］ ． 煤炭科学技术， ２ ０ １ ２ ， ４ ０ （ ２ ） ４  ７ ， ３ １ ． ［ ４ ］ 卞大宁． ２ １ ２ ０ ３下段压死支架快速处理方式的研究及应用［ Ｊ ］ ． 内蒙古煤炭经济， ２ ０ １ ７ （ ８ ） １ ３ ６  １ ３ ８ ． ［ ５ ］ 韩龙钢， 朱庆庆． 综放工作面液压支架压架原因分析及解决措 施［ Ｊ ］ ． 能源技术与管理， ２ ０ １ ９ ， ４ ４ （ ５ ） ５ ５  ６ ９ ． （ 收稿日期 ２ ０ ２ ０  ０ ４  ０ ８ ） ６９ 总第 ６ １ ５期现代矿业２ ０ ２ ０年 ７月第 ７期