金属矿山深部开采应力变化与巷道支护方法研究.pdf

2019年 6月下 世界有色金属25 测绘技术 Mapping technology 金属矿山深部开采应力变化与巷道支护方法研究 张 雷 （吉林天池矿业股份有限公司， 吉林 延吉 1 3 3 5 0 0 ） 摘 要 随着科学技术的不断发展， 国家对于金属矿山的开采也有了很多新的方式， 进一步的提高了金属矿山开采的 效率， 促进了金属开采业的发展， 但是金属矿山的深部开采是一项非常复杂的技术， 因此， 在开采过程中会由于巷道中 材料的应力变化， 影响巷道的支撑情况， 因此， 本文对金属矿山深部开采的应力变化进行分析， 同时分析巷道支护的原 理， 从而对如何提升巷道支护的效率做详细的研究， 希望对我国金属矿山的深部开采提供一些有利建议。 关键词 金属矿山深部开采 ； 应力变化 ； 巷道支护方式 中图分类号 T D 3 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 9 ） 1 2 - 0 0 2 5 - 2 Research on Stress Change and Roadway Support in Deep Mining of Metal Mines ZHANG Lei J i l i n T i a n c h i Mi n i n g C o . , L t d . , Y a n j i 1 3 3 5 0 0 , C h i n a Abstract Wi t h t h e c o n t i n u o u s d e v e l o p me n t o f s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y , t h e s t a t e h a s ma n y n e w w a y s o f mi n i n g me t a l mi n e s , w h i c h f u r t h e r i mp r o v e s t h e e f f i c i e n c y o f mi n i n g me t a l mi n e s a n d p r o mo t e s t h e d e v e l o p me n t o f me t a l mi n i n g i n d u s t r y . Ho w e v e r , d e e p mi n i n g o f me t a l mi n e s i s a v e r y c o mp l e x t e c h n o l o g y . T h e r e f o r e , i n t h e p r o c e s s o f mi n i n g , i t w i l l b e d u e t o T h e s t r e s s c h a n g e o f ma t e r i a l i n t h e r o a d w a y a f f e c t s t h e s u p p o r t c o n d i t i o n o f t h e r o a d w a y . T h e r e f o r e , t h i s p a p e r a n a l y s e s t h e s t r e s s c h a n g e o f d e e p mi n i n g i n me t a l mi n e s a n d t h e p r i n c i p l e o f r o a d w a y s u p p o r t , s o a s t o ma k e a d e t a i l e d s t u d y o n h o w t o i mp r o v e t h e e f f i c i e n c y o f r o a d w a y s u p p o r t , h o p i n g t o p r o v i d e s o me b e n e f i c i a l c o n s t r u c t i o n f o r d e e p mi n i n g i n me t a l mi n e s i n C h i n a . D i s c u s s i o n . Keywords d e e p mi n i n g i n me t a l mi n e s ; s t r e s s c h a n g e ; r o a d w a y s u p p o r t mo d e 我国在进行金属矿山的深部开采时， 主要是通过巷道进 行开采， 因此， 矿山中巷道的支护非常的重要， 关系着采矿人 员的生命安全， 同时也是提高采矿效率的重要保障， 而我国 的大部分开通的巷道主要是由软岩所构成， 而软岩的岩层结 构对于巷道来说， 其稳定性较差， 非常容易变形， 这就会使得 矿山巷道容易出现坍塌的现象， 而巷道的坍塌严重的影响矿 山开采的经济效益， 更严重的会伤害到工作人员的生命， 因 此， 巷道的有效支护， 可以促进矿山开采的进度， 保障开采人 员的生命安全， 使矿山开采能够顺利进行， 因此， 本文需要对 巷道的支护方法进行详细的研究， 使支护方法能够更加的科 学、 合理、 安全， 给金属矿山的开采提供更大的保障。 1 巷道的支护原理 我们通过对金属矿山的巷道支护工作的研究和分析， 了 解到矿山的支护方式分为两种， 一种是被动的支护， 这种支 护方式包括砌暄支护、 木支架、 钢支护等， 而这种支护方式 的主要特点是， 它在受到外界作用力时， 不能随着作用力的 挤压而发生结构上的变化， 使得支护强度与巷道的对支护力 量的需求不一致 [1]。 而另一种则是主动支护， 主动支护主要 包括锚杆、锚喷、锚索、锚网喷等等，这种支护方式的特点 就是能够利用对外围岩层结构辅助自身的支撑， 也就是通过 外围结构的形态提高自身的抗压力性能， 然后将外围岩层结 构的高度作为依托， 同时依靠岩层机构的承载能力， 从而使 外围结构和巷道框架形成一个整体， 提升支护能力。 而还有 一种支护形式就是锚注支护形式， 具体的特点就是通过主动 支护的辅助， 形成一种综合的混支护形式。 由于我国的软岩 结构大部分是较为复杂的， 因此， 在遭受到长时间的外界压 力后， 单一的支护无法使巷道不变形， 因此， 我们就需要详 细研究，在选择支护形式的时候可以选择合理的、科学的， 将不同的支护形式综合在一起， 提高巷道的支撑性能 [2]。 2 金属矿山深部开采中巷道支护所存在的问题 由于我国人口众多，因此对资源的使用率也非常的高， 使得我国对矿山的开采程度越来越大，使得对矿山的开采 深度也不断地增加，因此对矿山的巷道的支护就非常的重 要， 但是随着巷道支护的发展， 我们也发现了很多巷道支护 所存在的问题， 比如 矿山巷道的掘进技术效率较低， 无法 满足矿山巷道的建设需求。 其次， 由于矿山巷道的建筑及其 不易， 因此对周边环境的要求非常的高， 在建设过程中就会 对周边环境造成一定的危害， 对我国的生态建设存在一定的 影响。 且由于巷道的支护因各种不同的因素会导致坍塌等现 象， 这种情况严重影响了工作人员的生命安全， 同时巷道的 坍塌也会降低矿山开采的效率，造成经济上的损失。同时， 目前来看我国在矿山支护的软岩支护技术上还有些落后， 矿 山开采时使用的设备和工具在精度上也较为落后， 就比如使 用的端部锚固是树脂型的锚杆，这种技术是较为传统的技 术， 较为的落后， 无法适应复杂的开采环境。 通过以上的分 析， 巷道支护中存在着很多的问题， 会影响到矿山的开采进 度， 损失一定的经济效益， 甚至危害到工作人员的生命安全。 3 解决矿山巷道支护中难题的措施 针对以上问题， 想要解决矿山巷道支护中所存在的问题， 首先就需要企业对提高矿山掘进技术的重视， 然后引进先进 的技术和设备， 从而提高开采过程中的掘进效率， 且开发出 最为安全的掘进支护技术， 使巷道的建设能够更加安全、 有 保障， 降低不必要的安全隐患。 其次就需要对开采点进行详 细的勘查， 充分了解周边的环境， 从而做出合理的开采方案， 提高巷道的建设效率， 且提高巷道支护的新能。 （下转27页） 收稿日期 2 0 1 9 - 0 6 作者简介 张雷， 生于1 9 8 6 年， 汉族， 吉林松原人， 本科， 采矿工程师， 研究方向 金属矿山地下、 露天开采。 2019年 6月下 世界有色金属27 测绘技术 Mapping technology 3 实例分析 某露天矿山地处云南省东南部省级自然保护区老君山 脚下，矿区面积达32.41平方公里。矿区测绘工作涉及露天 采场、 排土场、 尾矿库、 地形、 边坡变形监测、 基建工程等方 面， 工作量大。 针对如此复杂多变的特点， 将CORS系统引 入该矿山的系统测量中。 3.1 CORS参考站系统建设 （1） 参考站设备。接收机选择Trimble NetR9接收机， 定位精度如表1所示。 （2） 天线。 配置了Trimble Zephyr Geodetic 2 GNSS 天线。 表1 接收定位精度 编码差分 GUSS定位 静态可快速 静态GNSS测量 动态测量 水平0.25m110-6m3mm0.110-6m8mm0.510-6m 垂直0.50m110-6m4mm0.410-6m15mm0.510-6m 3.2 参考站坐标确定 以连续观测的单点定位方式将参考站坐标获取。 持续1 个月连续观测后，采用参考站软件Tirmble GPSBase中单 点定位模块提供的位置平均值当作参考站坐标。 3.3 数据中心建设 在矿区原有机房内建设数据中心。 机房已有设备包含工 作站、 UPS， 因此新增服务器、 参考站主机。 表2 两次观测差值情况分析 （单位 mm） 序号∆x∆y∆h序号∆x∆y∆h序号∆x∆y∆h序号∆x∆y∆h 120018-32-735-32-6521-24 2-33-319-3-3-83601-1253088 160-2233-2185012-267-2-43 1703434-5-41051-3-2106821-1 3.4 精度验证 为对某露天矿山CORS系统精度、 适用性进行验证， 分 两次独立观测了68个点，下表2为两次观测差值情况。统 计计算得 x坐标的中误差mx2.4mm， y坐标的中误差 my2.5mm， h坐标的中误差mh5.6mm， 可将露天矿 测量要求充分满足。 4 结语 CORS系统具有省时， 省力， 方便快捷， 且测量精度高、 [1] 许艺献,蒋达,孙莉,等.浅析CORS系统在露天矿数字化建设中的应 用[J].资源导刊,2017. [2] 武 志 伟 . 基 于 CORS 的 露 天 矿 山 测 量 研 究 [J]. 山 东 工 业 技 术,20152187-87. 应用范围广等优势， 可对各阶段和工作面的开采进度实时了 解， 能够监测边坡稳定、 及时更新矿山模型、 计算采剥量等， 在露天矿多项测量任务中实现了广泛应用， 测量工作效率更 是得到显著提升。 （上接25页） 同时， 想要使开采进行的更加顺利， 在巷道开采过程中 可以使用吊环式前探梁。 最好选择二行金属件以及工字型金 属件进行具体的制作， 这种方式较为的稳定， 通过前梁作为 基础， 使中间位置与巷道的中线保持一致， 这样就可以确保 吊环的强度和前探梁的强度一样， 有助于提高工作效率。 也 可以使用单体液压的形式进行支护， 必须对操作过程进行严 格要求， 确保支护材料要放在顶梁的中心位置， 在工作人员 进行放炮时， 其他工作人员需要第一时间将顶梁挂号， 然后 将水平稍连接好， 然后设置好单体液压支柱， 确保单体液压 支护和金属能够承并排状态， 避免过程中出现漏顶的现象， 降低施工难度。 4 如何选择巷道的支护方式 （1） 巷道支护变形的原因。 巷道支护过程中会受到外界 的压力， 而支护材料在受到外界压力后， 自身会产生一种作 用了， 我们称它为应力， 而在应力的作用下， 巷道支护会存 在一定的改变， 从而使得巷道支护出现一定的问题。 我们针 对巷道支护出现变形现象的原因进行具体的分析， 首先， 巷 道顶端若出现问题严重的会导致巷道的坍塌， 如果是巷道的 两边出现问题， 则会使巷道出现变形、 损毁等现象， 而这些 情况的出现就是受到了外界压力以及自身应力的相互影响 所造成的，因此应力的变化使影响巷道支护性能的原因之 一， 也就是造成巷道支护变形的主要原因， 想要使巷道支护 能够更加的稳定，就需要选择合适的支护方式，通过合理、 科学的支护， 使因应力变化所造成的损失降到最低。 （2） 对支护方式的选择。进行巷道支护时，可以选择多 种支护方式以及不同的支护材料， 那么较为传统的支护方式 就是木支护， 而由于木支架容易燃烧且并不能很好地重复使 用， 同时伴随着社会的发展， 木支架渐渐被钢支架取缔， 金 属支架相对于木支架来说， 在结构上较为的坚固， 同时可以 很好的防火防水，因此，巷道的支护常用到的就是钢支护， 但是钢支护也存在着一定的弊端， 就是它在搬运、 装卸以及 安装方面较为的困难， 在部分特定地区可以使用。 接下来对 锚喷支护技术进行分析， 锚杆支护技术是一种新型的支护方 式， 相对于其他的支护方式来说， 在材料的结构上较为耐用、 安全， 且锚杆支护在进行施工时也较为的简单、 方便， 且劳 动强度较低， 是一种快速、 有效的支护方式， 但是其也有一 定的弱点，那就是锚杆支护对于围岩的风化无法很好地预 防， 因此就需要对周边的围岩进行喷浆支护的方式， 通过喷 浆使锚杆的表面得到很好地保护， 减缓它的风华速度， 对锚 杆支护起到巩固、 辅助的效果， 使支护达到最好的效果。 5 结语 由上述的分析， 我们在进行巷道支护时， 一定要对开采 地点进行详细的了解， 从而制定合适的、 合理的、 科学的支 护方式， 从而提高巷道的支护性能， 促进金属矿山深度开采 的顺利进行， 提高企业的经济效益。 [1] 郑璐,竭宏亮,钱国媛等.金属矿山深部出水巷道收敛变形处理实践 [J].矿冶工程,2018,38230-33. [2] 秦先龙,尚余星,王林等.探讨金属矿山深部开采应力变化与巷道支护 形式[J].建筑工程技术与设计,2017,91458-1458.