礦山采掘中高強支護技術研究

賈延坤，李振標，周家亮

當前我國的礦山主要是采用深部開采的方式，其開采難度較高，礦山開采成本大幅提升，采掘難度較高，極易產生因圍巖失穩、支護不足造成的安全事故，產生嚴重的危害性。高強支護技術被大量地應用到礦山開采掘進施工中。高強支護在礦山采礦施工中，具有一定的系統性、復雜性，所以技術人員對于高強支護技術的重視度較高，伴隨高強支護的推廣應用，未來還要進一步探討和分析礦山開采高強支護的各項技術要求，以滿足不斷變化的實際需要。

1 礦山開采掘進時高強支護技術的優勢

從目前高強支護技術原理展開分析，礦山巷道支護中，適應性比較好，可以完全達到礦山掘進施工的技術要求。高強支護技術在正式運行中，技術人員分析了解其巷道運行環境，特別是勘察了解掘進坍塌的問題，在規定的部位上設置必要的預警裝置，隨時關注整個巷道的穩定性，作為控制的要點。此外，在高強支護技術環節，技術人員應結合現場的具體情況，了解巷道所處位置環境要素，靈活確定錨桿長度參數，促進結構承載性能的提升，如果存在超過承載重量的情況后，技術人員應該分析了解支護自動預應力的作用，保證其抗變形能力完全符合要求。根據目前實際情況分析發現，在使用高強支護技術時，利用抵消垂直作用力的方式以提高側壁承載性能，使巷道安全性滿足要求，大幅提升使用的效果。高強支護技術優點包含下述幾點：①高強支護技術是先進施工技術發展之下的產物，以物理、數學的相關知識作為出發點，使用優勢明顯，特別是在礦山深部采掘過程中，能夠發揮出技術優勢，完全滿足運行的要求，尤其是在復雜、礦層松軟的地質條件下，使用效果更好。②從實際應用效果分析，高強支護技術的使用讓圍巖應力充分發揮出來，防止存在嚴重的變形或者位移的問題，支護成本也比較低，自然環境影響比較小，巷道變形得到充分的控制，且采掘施工中結構材料比較簡單，勞動強度較低，能夠提升礦山采掘的效率和安全保障效果。③高強支護技術在最初應用到礦山巷道頂面后，支護效果達到要求，承載性能合格，垂直應力不會出現集中的情況，促進圍巖結構變形控制能力提升，滿足支護運行要求。

2 礦山開采掘進工作中高強支護技術類型

2.1 錨噴網聯合支護

錨噴支護結構的主要施工部件是錨桿、噴射混凝土、金屬網，經過組合后形成穩定的支護結構。和錨噴結構對比分析，其主要優勢是設置有金屬網結構，增加錨噴混凝土的整體性，具備較高的抗彎、抗拉性能。錨噴網支護方式的應用，消除周邊圍巖穩定性不足的情況，尤其是針對風化、穩定性不足的圍巖結構，總體運行效果更好；噴射混凝土之后，和圍巖結構形成整體的結構，噴層承受的彎曲剪切性能較高，提高圍巖結構性能，達到礦山采掘安全性標準。

2.2 噴射混凝土支護技術

噴射混凝土支護技術是目前礦山采掘環節較為常見的高強支護技術類型，保證結構支護強度性能合格。在具體的使用中，選擇最佳的混凝土材料，保證巷道支護強度合格，保證支護性能合格。就當前應用效果來說，噴射混凝土支護技術應用中，使用的材料主要是拌和水泥、速凝劑以及混凝土，然后通過相應的設備直接噴射到支護的部位上。該方式施工技術類型較多，比如應用水泥裹砂噴射混凝土技術來說，其重要的工作原理是應用水泥包裹砂礫，然后通過泵送的方法將其傳輸到規定部位上，形成符合實際需要的支護體的結構。根據噴射混凝土支護施工要點，在具體的施工中，要做好如下幾項工作：一是在施工前進行勘查，對于巷道內容易發生坍塌的情況有充分的了解，選擇合適的應對措施。坍塌部位上加強防護處理，通過使用干式噴射混凝土施工方式，該方式的穩定性較高，達到施工的要求。二是要保證圍巖薄弱區域結構穩定性合格，可以選擇應用水泥裹砂噴射的方法，從而達到支護的效果。三是保證支護區域內加固處理，通過應用空氣壓縮與泵送的方法，考慮到采掘工作的要求，實現技術優化和改進。

2.3 光爆錨噴支護技術

光爆錨噴支護技術和其他高強支護技術對比分析，優勢明顯，特殊性也比較明顯，尤其是在應用條件相對較高的情況下，應該 做好技術參數的分析和控制，比如炸藥量、耦合結構、炸藥結構、炮眼間距等。比如在裝藥連線環節，工作人員應該結合具體的爆破圖來進行合理裝填作業，不能隨意地增加炮眼內藥量。在具體的炮眼裝藥連線中，使用后的雷管掘進面作業中，保證周邊眼的中部炮眼爆破之后需要使用單獨裝載的方式。使用毫秒雷管時應該保證周邊眼使用相同段雷管控制。為了使得掘進作業安全、穩定性合格，在進行光爆錨噴支護環節，做好下述幾點工作：①在開始施工前，工作人員先要明確具體的礦井周邊的情況，落實巖石位置的控制，先確定更具體的高強支護技術應用方案，還要做好巷道位置的控制，促進結構穩定性提升。②加強關鍵部位的加固處理，選擇合適的錨桿結構，且應用相應支護體系以達到結構支撐效果的提升，消除危險性因素的影響。為了使得錨桿結構性能良好，應選擇最佳的組合結構形式，可以應用光爆錨桿技術。長期應用中，光爆錨桿技術應用可以保證錨固結構的性能合格，保證穩定性達標，可以全面的提高巷道支護效果，符合運行的標準。此外，光爆錨噴支護技術是防御性支護的方式，應對巖層坍塌和滑移的問題，預防發生圍巖風化嚴重的問題，保證結構的總體性能合格。

2.4 聯合支護技術

聯合支護技術為近年來技術發展之下所形成的高強支護技術類型，在施工中應用可伸縮性的U 型鋼組合形成整體的結構。該技術應用下，可以有效地彌補噴射混凝土支護技術的缺陷，其技術成本較低，支護強度性能高。從實際情況分析，其主要包含如下兩種：其一，錨背支護技術和U 型鋼可伸縮技術聯合應用，較之傳統技術應用來說，巷道支護的性能提升較為明顯。其二，錨梁網聯合支護技術，該技術的安全性較高。在錨梁網聯合技術應用之下，發揮出光面爆破技術的優勢，可以保證其運行中初噴和打錨孔的方式，在錨桿、鋼絲網與鋼梁等材料支護結束后，即可利用混凝土噴射的方式進行錨梁網的加固處理，從而提高加固的效果。在使用聯合支護技術的過程中，必須加強灌漿施工的管理，巷道打眼必須符合技術標準要求，將注漿錨孔直接固定到孔內，確保錨桿數量符合要求。此外，在現場進行水泥材料的攪拌處理，達到均勻性的要求，且要在攪拌的同時進行注漿施工，一般來說，攪拌地點和注漿施工的地點距離不會超過5m。聯合支護技術施工中，全面落實質量監測工作，實現系統化監控和管理，保證各項參數有效控制，從而提高采掘巷道運行安全性。

2.5 錨桿和錨注支護

錨桿支護技術施工中，其總體成本較低，是目前礦山開采的核心技術之一，但是在施工中，需要全面調查和了解現場的環境，分析支護技術的要求。比如，礦山采掘環節，如果支護施工的難度較高，應該進一步再提高錨桿支護強度性，避免出現巖石結構變形的問題，保證巖石達到穩定的狀態。同時，還要分析了解軟巖變形的情況，保證支護強度合格。只有全面落實錨桿支護的強度性能標準，預防出現巖石斷裂的問題，就能夠消除軟巖拉伸變形的情況。錨桿支護結構施工中，考慮到具體的支護安全順序，一般可以分為主動支護與被動支護的方式，通過給錨桿施加應力，提高圍巖承載性能，促進支護質量的全面提升。

3 項目資料

某礦山項目所處地區的平均海拔是2800m，該地區高寒缺氧，環境比較惡劣，并且空氣稀薄，植被的數量比較少，自然環境非常惡劣。因為風化問題，礦物運輸巷道上存在著嚴重的脫落、掉石的問題。技術人員展開現場的調查和分析，考慮到地質條件要素，選擇使用錨噴網聯合支護方式對破碎區域內進行加固處理，經過一定時間的觀察，其總體處理效果良好，完全滿足巷道運行安全性要求。

3.1 地質概況

通過技術人員對現場地質勘查可以發現，該礦區的地質條件為千枚巖，其中鈣質千枚巖是主要組成部分，巖石則是石英、綠泥石、絹云母等為主，還分布著比較少的碳酸鹽礦物?，F場的巖石材料的抗風化性能較差，軟巖占比較大，容易發生破碎的問題?，F場運輸巷道的寬度尺寸為5m，并且現場存在長期掉石的情況。

3.2 巷道設計參數

錨桿應用的是粘結型端頭錨桿的方式，其長度為4m，直徑為14mm 的HRB400 螺紋鋼筋制作，錨桿孔徑50mm，錨固劑是RH-2000 型樹脂錨固劑，抗拉強度超過60Mpa，該類型的錨固劑的凝結速度較快，效率高，且具備較高的安全性，同時不會受到人工干擾因素的影響，且安裝環節只需要通過設備攪拌處理，錨桿的安裝穩定性、安全性符合要求。且水泥固化劑的親水時間無法有效控制，質量難以滿足要求，并且價格高，所以綜合分析后選用樹脂固化劑的形式。金屬網應用直徑為4mm 的鍍鋅鐵絲制作菱形網?；炷恋闹谱髦?，選擇應用硅酸鹽水泥材料，強度達到42.5，使用中砂材料，粒徑在12mm，頂拱厚度為10cm ～15cm，兩邊墻的厚度為20cm ～25cm。

3.3 錨噴網聯合支護的技術要點與操作管理

礦山巷道錨噴網聯合支護施工難度較高，對于施工人員技術要求高，特別是海拔高度較高的區域，很多因素都會產生影響，且晝夜溫差較大，所以必須加強施工管理，考慮到礦山生產的具體情況，加強現場管理和控制。

第一，巷道建設投入運營時間較長，且第一次開挖后沒有初次支護，基巖完全裸露在外，沒有及時封閉處理，圍巖初始應力破壞嚴重，巷道開挖后有較多的坑洼面，鋪網施工難度高，所以先進行作業面清理處理，并且應用高壓水槍沖洗處理，對于凹凸不平位置進行處理，然后才能開始錨桿設置，噴射混凝土。

第二，錨桿是施工單位自制的，選擇使用的螺紋鋼筋材料性能合格，其主要是錨桿桿體、錨固頭、托板等結構，此項目巷道軟巖較多，容易發生破碎的問題，應用粘結型端頭錨桿的方式效果良好，質量性能較高，且錨桿劑粘度低，快速穿過錨桿，等待10s ～15s 即可滿足要求。經過實際經驗分析，粘結型端頭錨桿應用效果良好，支護強度較高。因為錨桿在長期使用中，容易受到圍巖擠壓的作用，導致錨桿和圍巖的接觸更加緊密，摩擦力升高，使得結構穩定性得到有效提升。此外在錨桿制作環節考慮到穩定性，對于采取的材料要進行詳細分析，了解材料的抗壓強度與抗溫強度。

第三，樹脂錨桿錨固力會超出桿體強度極限值，所以在確定錨桿長度時，應該以錨固效果展開分析。有很多的工程實際應用效果都可以發現，桿體出現延伸或者拉斷的情況，錨頭比較穩定，很少出現位移的問題，表示錨固效果比較好。樹脂錨桿可以使用的范圍較大，多個巖石或者錨桿條件下都可以使用，總體質量和安全性高。

第四，本次工程中，應用了菱形網，這種網的網格尺寸較小，和錨桿組合應用，可以攔截分化碎石，避免巖石出現掉落的情況，保護行人與設備的安全。菱形網的強度高，連接性好且施工方便，與混凝土結合性能好，能夠提高噴射混凝土極限荷載，也保證了混凝土結構的穩定性，且運輸方便、成本較低，彎曲操作效果好，和巷道形狀可以緊密貼合。與錨桿配合使用，抵抗圍巖應力的持續作用。菱形鍍鋅鐵絲網需要在頂部開始安裝，逐步延伸到兩側，保證結構形成整體，同時也是柔性的形式，達到運行性能要求。

第五，噴射混凝土按照1：2：2 進行制作，通過潮式噴射法進行，其不會產生嚴重的環境污染問題，應用到巷道內優勢明顯，且施工方便、快捷，通過壓縮空氣進行混凝土的噴射施工，混合料與高壓水聯合作用之下直接噴射到巷道表面，在材料內加入一定比例的速凝劑，其回填量小，也不會產生過多的粉塵材料，達到綠色施工的要求。噴射施工中，采取分片的作業方式，按照從下到上的順序逐步進行。噴射施工前，需要先進行噴射表面的濕潤處理，清理掉浮渣、粉塵，空洞、凹陷的部位填充處理，尤其是裂隙，必須填充達到密實度的要求。噴射施工階段，噴頭和被噴射表面保持有1.5m 左右的距離，以達到噴射的標準要求。

第六，軟巖錨桿支護的方法。錨桿制作形成的錨固層組合拱為重要的承載結構，同時也是巷道支護的核心部件。噴層和金屬網的同時作用之下，組合拱的運行效果，不會出現巖塊冒落的風險。錨桿間存在松弛的巖石材料，應該及時應用噴層與金屬網達到支護的效果。軟巖結構變形較為嚴重，脆性也比較高，容易發生開裂、損壞的問題，所以通過鋪設金屬網的方式，有效防護錨桿，提升錨桿抗變形的能力；還可以通過多個錨桿聯合后形成錨桿群，提高支護的效果，保障整體穩定性，達到最佳的支護條件。

第七，錨桿托板的尺寸為200mm×200mm×10mm，這是核心組成部件，和整個錨桿受力條件是一致的，達到結構穩定的標準。同時在進行布設環節，需要結合礦山采掘的需求，對涉及的結構穩定性進行分析，從而保證整體工程的質量滿足需要。

第八，圍巖變形是力學特點的顯現，所以在施工中，技術人員需要隨時觀察和檢測應力的變化情況，了解現場的影響因素，結合軟巖的特點，做好現場支護結構的控制，保證支護工藝過程得到有效控制，進而達到結構現場維護管理的要求，促進支護圍巖質量的提升。

4 高強支護技術應用注意事項

在礦山采掘過程，對于高強支護技術的應用需要做好技術的工藝控制，同時對施工過程的質量問題與安全問題進行詳細分析，對技術的應用要點進行探討。

第一，在支護結構構建初期，工作人員需要對巷道進行全面的檢查，查看是都存在變形、裂縫等問題，若存在此類問題則先采取混凝土噴射方式進行初步加固，在保證變形問題得到有效控制的基礎上在進行后期支護結構的布設。同時在支護技術應用環節還需要對支護方案的穩定性與經濟學進行科學評估，選擇具備針對性的支護手段。

第二，在具體支護施工之前，需要進入到現場做好地形地貌與地質條件的綜合分析，安排專業工作人員做好各項參數的科學計算，必要時采用BIM 技術建模，衡量支護技術的可行性。第三，支護工程開展時需要做好基礎材料性能的分析，要對混凝土強度進行檢測，保證混凝土強度達到承載力，同時做好鋼筋直徑長度的控制，如此才能給后續工程的開展奠定基礎。

第三，在支護工程開展環節要求工程人員按照工藝規范的要求進行施工，減少違規施工出現的質量問題與安全問題。同時要構建出科學的管理方案，將安全管理制度落實到工作實際環節，要責任落實到個人，如此才能切實提升礦山工程的質量。

5 結語

綜合以上分析，在礦山采掘工程開展階段，高強支護技術的應用對提高礦山采掘工程的質量以及安全性起關鍵作用。因此在高強支護探索及推廣應用階段要按照礦山工程的標準，選擇針對性的支護技術參數，不斷提高礦山高強支護技術發展與應用。