金屬礦巷道掘進支護技術工藝

肖利金，冀 虎

（山東華新建筑工程集團有限責任公司，山東 泰安 271219）

在金屬能源需求不斷擴大的前提下，對金屬礦山的開采力度也在持續加大，運用各種機械設備、開采技術大大提升了金屬礦開發的效益。在金屬礦資源開采中巷道掘進十分關鍵，其決定著是否能順利獲取金屬能源，但巷道掘進也是極具危險性的環節，因承載地表壓力與面臨地下不確定因素影響而容易出現塌落現象，不僅帶來開采安全隱患，威脅施工人員和財產安全，還會影響金屬礦資源的開采質量與效益，因此就必須重視巷道掘進支護技術的運用，根據巷道掘進情況合理選擇支護技術，為金屬礦開采工作的有序進行提供保障，維護人員安全，保障經濟效益。

1 金屬礦巷道掘進支護技術的應用要點

在金屬礦巷道掘進支護技術的探討中，需考慮兩個技術方面，一是巷道掘進技術，二是巷道支護技術，只有同時保證這兩項技術合理運用的前提下才能確保金屬礦巷道掘進施工的安全性，因而需分別把握兩項技術的應用要點。

對于巷道掘進技術，常見的技術方式有兩種，即綜合機械化掘進與掘錨一體化掘進，綜合機械化掘進的系統包括工程電纜、通風設備、鉆機、掘進機和運輸機等，組成較復雜，操作也有一定難度，要求較高，在實際應用中受到系統性能因素影響會干擾施工效率，繼而影響金屬礦開采的工程進度。掘錨一體化掘進將掘進技術與支護技術相結合，如錨桿支護技術，在相互協同下促使金屬礦巷道掘進施工效率提升，也讓金屬礦開采進度的時間在一定程度上縮小。在巷道掘進技術的運用中，關鍵要點需重視爆破環節和裝礦環節，為此設備的選擇非常重要，扒裝機能在爆破后將金屬礦資源安全高效地運送出巷道，而其選型則根據巷道的實際情況決定。此外，金屬礦巷道掘進的施工是較為復雜的，所涉及的方面較多，相關管理人員和技術人員要把握關鍵理論，如力學理論、地理理論等，合理規劃巷道掘進施工，科學運用掘進技術。

對于巷道支護技術，一般有臨時支護技術和永久支護技術兩類，臨時支護技術顧名思義是臨時性的，在完成施工后會進行拆除，僅為滿足巷道掘進的施工需要，在對此技術的應用中需要把握要點，其一要對所使用的原料特性進行全面了解，不同材料的性能差異明顯，所發揮的作用作用不同，巷道支護需根據巷道掘進的實際情況評估選擇合適的支護材料，把握其所有特性、特征，確保支護技術能發揮最大作用保護巷道掘進安全性。其二要對巷道掘進施工的整體情況進行檢查，施工人員對支護技術的運用過程進行重點監督，工序是否有序、流程是否合規、技術是否規范等都是需嚴謹關注的，其中支護材料質量檢查更為重要，不符合質量標準的材料不能進場和使用，施工人員在進入施工現場之前也要穿戴安全裝備，完成支護施工后還要進行全面、細節的檢查，確保巷道支護技術的應用質量。永久支護技術則是施工后可持久地提供支護作用，不用拆卸，如鋼筋混凝土支護、錨桿支護等是比較常見的永久支護技術類型，其中在鋼筋混凝土支護技術應用中要關注鋼筋的選型、尺寸、彎度、結構涉及以及混凝土的配置、配比等要點，錨桿支護技術應用中要關注錨梁的設置，需評支護網薄弱處并適當增加錨梁，同時對螺母質量、螺桿與螺母匹配度、錨桿托板厚度等進行嚴格檢查，在綜合質量控制的基礎上保證巷道掘進支護技術的有效應用，以及保障巷道掘進支護施工安全性，在金屬礦巷道掘進中發揮其可靠的支護作用[1]。

此外，在金屬礦巷道掘進支護技術應用中還要把握還幾個注意事項，一是要堅持安全原則，以人員安全、財產安全為根本，綜合考慮巷道掘進中可能產生的各種情況，把握巷道掘進支護實際需求，基于可行性、適用性，以及在了解支護技術特點、操作等方面基礎上制定巷道掘進支護技術方案，其中還需考量到潛在的安全風險隱患，對重點區域進行安全風險識別，做好相關風險防控預案。二要深入分析巷道的圍巖情況、區域內地下水文情況，借助信息技術支持加強動態監測，調整支護技術應用方案，同時要求相關管理人員和施工人員嚴格按照規定開展統一標準且規范的施工，從而確保巷道掘進支護技術的運用質量和效果[2]。

2 金屬礦巷道掘進支護技術工藝分析

2.1 錨桿支護技術

錨桿支護技術是巷道支護施工中最為常見的技術工藝，其主要是通過對整體結構的加固、懸吊減跨與擠壓等方法達到穩定結構的目的，減少巷道掘進過程中對周圍結構的影響。此支護技術具有靈活性強、支護能力強、機械化程度高等優勢，但在具體應用中也會受到地應力與巷道圍巖強度等因素的影響干擾支護效果。對于巷道掘進中錨桿支護技術應用的設計可利用信息技術為輔助，通過動態收集巷道掘進信息、地質數據信息等依照參數分析技術應用條件的優劣，根據參數分析調整錨桿支護技術實施方案，確定合理的參數，再據此進行技術施工，在實踐中檢驗錨桿支護技術實施效果，進一步優化支護技術的運用方案，確保發揮錨桿支護技術的有效支護作用。

對于錨桿支護技術的實際施工，要適當增加錨桿托板的厚度，考慮到成本因素、施工要求因素等，增加托板厚度以提升礦壓能力，讓支撐保護作用充分發揮，為巷道掘進施工安全提供保障；要合理把控錨固劑的使用時間，錨固劑作用是加固支護效果，但使用時間較長會對錨桿質量造成損傷，因而在對錨固劑使用前應開展實驗測試分析使用時間因素對支護的影響性，根據巷道掘進施工實際情況選擇合適的錨固劑，依照使用要求控制使用時間，發揮其對支護效果的提升作用；要選擇合適的錨桿絲，錨桿絲主要使用在錨桿拉脫環節，在選擇時需考慮到支護強度，由技術人員綜合分析后盡量選擇強度大的錨桿絲，如滾絲機滾絲，其能增強支護效果，規避安全事故；要分別做好巷道內和巷道旁的支護管理，對于巷內在進行支護技術施工前調查巷內的具體情況，錨桿強度高時增加巷內支護，存在裂縫現象時加強錨桿強度，切實增強支護效果，為巷道掘進提供安全保障；對于巷旁支護的管理，從地質變化方面考慮可能造成的變形后果，選擇合適材料保證錨桿支護強度，并加強地質活動預測工作，發現異常能快速采取措施應對，防止支護變形，提高錨桿支護的安全性與有效性；要完善動態監測，對錨桿支護施工過程進行全過程監督，依托監控設備、電子設備等獲取巷道掘進的信息和支護情況，具體分析問題，實現巷道掘進與支護工作的整體控制，強化巷道掘進施工管理，保證錨桿支護技術的有效應用[3]。

2.2 U型支架支護技術

U型支架支護技術通常被應用在巖石較為松軟的巷道中和支護難度比較大的巷道中，另外當噴錨網支護效果不夠強時也可以與此支護技術相結合。U型支架支護技術的支護強度受到支架尺寸、支架材料強度和支架結構等因素的影響，支護載荷效果直接影響支護技術的支撐效益，不同載荷下支架支護技術的承載能力與支護阻力不同，如以型號為28kg/m、排間距為0.8m的U型鋼為例，當載荷均勻分布時其承載能力為689kN、支護阻力為83.5kN·m-2、支撐效益為2.4kN·kg-1；當載荷分布頂壓大于側壓且比值為3：1時，其承載能力為317kN、支護阻力為38.5kN·m-2、支撐效益為1.03kN·kg-1；當載荷分布側壓大于頂壓且比值為3：1時，其承載能力為251kN、支護阻力為29.95kN·m-2、支撐效益為0.78kN·kg-1；當載荷分布在一側且兩側之比為3：1時，其承載能力為108kN、支護阻力為13.41kN·m-2、支撐效益為0.33kN·kg-1，由此可見不同的載荷分布情況之間承載能力有著明顯的不同，支護技術的實際應用要合理明確承載需要，調整荷載分布。U型可縮性鋼支架支護技術是U型支架支護技術的一種類型，其在巷道支護中起到有效作用，具有較高的支護強度、較大的支撐力與可重復使用等優勢，在具體應用過程中重點關注鋼材的質量和壁后充填施工，對于鋼材的選擇需確保面對不同受力情況都能保持穩定性，以及面對高壓發生變形不超過可允許范圍等；對于壁后充填需確保充填強度，能加固支架對圍巖的支撐，優化支架的受力，提高支護技術對巷道的支護效果[4]。

2.3 混凝土支護技術

混凝土支護技術是一種成本較低的支護工藝，混凝土構件是混凝土支護技術的關鍵，一種是預制件結構形式，主要用于存在較大面積淋水、涌水的巷道位置，也可以用于圍巖破碎位置，有著施工安裝便捷、防水防火性強、整體性好的優點，但其成本相對較高。另一種是現場澆筑混凝土支柱結構形式，直接在現場進行澆筑，對地表壓力可提供有力支撐，不用再依靠礦石點柱為支撐，支撐強度更大、更穩固。對于混凝土支護技術的應用，常見為噴射混凝土，需從兩個方面考慮，一方面需考慮混凝土的抗壓強度，噴射混凝土之前漿體的配置十分關鍵，影響著抗壓強度的強弱，為提高其抗壓強度，可在噴漿體中加入速凝劑，能在2～3小時內快速封閉，并在18～24小時內增強強度到80%，有效支護的抗壓強度指標一般為25MPa。另一方面需考慮噴層變形受破壞的機理，在受力作用下噴層通常會經過黏結抵抗、撓曲和薄殼效應三個階段的變形，不同變形階段需考量不同影響因素，采取合理方法控制變形破壞，保證噴射混凝土支護可靠性，如黏結抵抗階段，受力變形的產生多與巷道圍巖表面的清潔度以及噴漿的厚度相關，為確保噴漿體強度，需在噴漿前對圍巖表面進行沖刷，噴漿時將厚度控制在5cm左右，達到較穩定的噴漿強度效果。噴漿厚度的確定要視情況而定，但最大不能超過25cm，當厚度大于10cm后每次繼續增加50%的厚度就能再增強15%的噴漿強度，加固圍巖[5]。

2.4 土釘墻支護技術

土釘墻支護技術主要是利用土釘來加強巷道穩定性的工藝，該技術的具體操作是：根據巷道圍巖的實際情況評估分析結構，確定合理的孔深、孔間距，使用鉆孔設備在巷道墻壁上按照規格鉆孔，確保所鉆孔的深度和分布符合計劃要求，根本上保證支護施工質量。之后，對所孔進行編號，逐一將土釘打入孔中，同時進行拉拔實驗，依照實驗數據分析結果確定合適的注漿力度、速度和注漿量，以及結合實際情況判斷是否需要增加添加劑，考慮各種添加劑對土釘墻支護效果的影響，再進行注漿，加固土釘的穩定性，以土釘墻技術方式為巷道穩定性和安全性提供保障。

2.5 巷道分級支護技術

金屬礦巷道掘進支護中巷道分級支護技術是應用較常見的，其指的是對巷道中的巖體進行分級，對應不同級別分別采用不同支護技術，旨在達到最優的支護效果。在巷道分級支護的設計中，需要考慮幾個關鍵方面，一是礦巖質量，其對巷道周邊穩定性產生影響；二是巷道的暴露面積，其對巷道自身的穩定性產生影響，如當巷道交叉處存在較大暴露面積時會對整個巷道穩定性造成影響；三是巷道的服務年限，其對支護材料選擇、支護參數確定產生影響，一般服務年限越長支護的強度越高；四是巷道失穩影響性，不同用途的巷道穩定性變差后會對開采工程產生不同程度的影響，鑒于以上，則需進行級別劃分，針對性采取支護方法有效解決巷道掘進中的支護不足、不全面問題，形成更穩固的支護體系。在把握以上四個關鍵因素基礎上，可通過公式計算確定具體的支護等級指標值，繼而再進行具體等級劃分，其公式為：（[Q]為礦巖工程質量指標；為使用年限因數，時間與呈反比；為暴露面積，面積與成反比；為巷道影響程度，影響能力與呈反比），根據RQ值劃分支護級別，當RQ值>40為級，當RQ值在10～40之間為Ⅱ級，當RQ值在4～10之間為Ⅲ級，當RQ值在1～4之間為Ⅳ級，當RQ值<1為Ⅴ級。

以某金屬礦開采工程巷道掘進為例，在巷道掘進過程中遇到裂隙密集帶和溶蝕裂隙帶，巖石較為疏松，容易破碎，對其采取巷道分級支護技術，此巷道的失穩模式有三種，分別是強氧化帶“一線天”高冒頂、全斷面垮塌變形、結構面控制楔形體冒頂，據此將巖體進行分級，并分別采取針對性的支護技術。對于內聚力為2.8MPa、內摩擦角為39.1°、泊松比為0.26、彈性模量為11.9MPa、抗拉強度為0.65MPa的Ⅱ級巖體，采用噴射混凝土支護技術，使用C20規格、50mm厚度的混凝土；對于內聚力為1.5MPa、內摩擦角為30.1°、泊松比為0.30、彈性模量為3.2MPa、抗拉強度為0.10MPa的Ⅲ級巖體，采用噴射混凝土方式支護頂板結合端錨式錨桿支護，其中混凝土規格為C20、厚度為50mm，錨桿長度為2.1m，錨桿間排距為1.0m，以及使用Φ22mm規格的端錨式錨桿；對于內聚力為0.7MPa、內摩擦角為17.0°、泊松比為0.39、彈性模量為0.7MPa、抗拉強度為0.01MPa的Ⅳ級巖體，采用管縫式錨桿幫部支護、錨桿頂板支護、噴射混凝土支護結合鋼筋網支護，其中使用Φ42mm規格的管縫式錨桿，Φ22mm規格的錨桿，C20規格且厚度為100mm的混凝土，Φ6mm規格且100mm×100mm規格的鋼筋網[6]。

3 結語

綜上所述，金屬礦是當前社會與經濟發展中一種重要的資源，開采更多金屬礦資源尤為重要，在金屬礦資源開采中巷道掘進是關鍵工程環節，確保巷道掘進施工安全性直接影響資源開采效率和效益。

為保證巷道掘進施工順利推進，需重視支護技術的應用，合理把握巷道掘進技術要點與支護技術要點，按照巷道掘進實際情況選擇合適的支護技術，如錨桿支護技術、U型支架支護技術、混凝土支護技術、土釘墻支護技術和巷道分級支護技術等，不同技術有不同優勢，科學選擇并應用，有效控制巷道掘進施工安全問題，提高巷道掘進開采的安全性，促進金屬礦開采工程整體效率提升。