張建威，楊雪菲

（1.安徽開發(fā)礦業(yè)有限公司，安徽 六安 237462；2.安徽五鑫礦業(yè)開發(fā)有限公司泥河鐵礦，安徽 巢湖 231500）

1 概述

西石門鐵礦北采區(qū)隨著回采分層的下降，加上礦點的破壞，采空區(qū)面積也隨之加大，而且沒有規(guī)則，從而造成采場的應(yīng)力分布不均，在圍巖破碎的矽卡巖地段，塌冒也非常嚴(yán)重，確保巷道的完工程度和采礦項目的利用對于順利，安全地執(zhí)行采礦計劃至關(guān)重要。因此，基于巖體穩(wěn)定性的分類，分析了現(xiàn)有開挖和支護方法中存在的問題，以及變形和失穩(wěn)的機理，并對支護方法進行了優(yōu)化。為了維護地壓顯現(xiàn)中的巷道或圍巖破碎的矽卡巖地段，目前我礦主要支護方式為U型拱架支護，一是由于U型拱架屬于柔性支護，其變形能與圍巖變形相適應(yīng)，能在高壓下共同協(xié)調(diào)變形中達(dá)到維護巷道的目的，二是拱架的支護具有易操作和可重復(fù)利用性。但在丁字路口支護拱架時，為了運輸?shù)男枰谙锏赖慕徊娌课粺o法用拱架直接支護，由此造成暴露面積大，如不采取有效的支護方式，此部位將會繼續(xù)塌冒，甚至冒落，不僅會影響生產(chǎn)，而且還會給人員設(shè)備造成極大的隱患。針對此問題進行了現(xiàn)場研究并實施管棚式支護方案，從支護的實際效果來看，基本上解決了此類問題，取得了一定的效果。

2 礦體開采條件

圖1 高應(yīng)力破碎礦體剖面圖

西石門鐵礦北側(cè)西側(cè)之間的礦體，在-5~-12探礦線之間，具有陡峭的上斜坡，并在0 m附近急劇減速?，F(xiàn)在正在考慮開發(fā)下部的，緩緩傾斜的礦體。這部分礦體的傾斜度從厚到中厚約為10o，儲存范圍為+12m~-30m，上懸墻的圍巖對不穩(wěn)定的石灰石是中等穩(wěn)定的。礦體-矽卡巖磁鐵礦，不穩(wěn)定吊壁的圍巖主要是閃長巖體，具有中等抵抗力。礦體底壁上有一薄層，蝕變的閃長巖和矽卡巖很混濁，與水接觸時不穩(wěn)定。礦體會有薄弱、破碎、輕度傾斜、厚或中等情況，還存在隧道塌陷容易，礦體流動性差等問題，礦體難以破碎。在0m分段回采完畢，轉(zhuǎn)入-13m水平的開采后，地壓增大，拱架變形、頂板冒落等地壓顯現(xiàn)事件明顯增多，已嚴(yán)重影響礦山開采的正常進行。

3 聯(lián)巷與進路丁字路口塌冒區(qū)域圍巖特性分析

針對此類問題，項目參與人員經(jīng)過現(xiàn)場察看分析，認(rèn)為在丁字路口易塌冒區(qū)域的圍巖有以下幾種特性：

（1）圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，但由于地壓而造成的塌冒。此類的塌冒一般是由于地壓的影響，加上暴露面積大，造成原本穩(wěn)固的巖層受壓斷裂，直至塌冒。這種塌冒的現(xiàn)象一般先是圍巖受力斷裂，隨著壓力的加大，裂縫也越來越大，到一定的程度就會大面積的偏幫、塌冒。在地壓作用下，巖性較軟部位更容易發(fā)生變形，提高薄弱部位強度可以提高巷道整體穩(wěn)定性。因此，在高應(yīng)力部位，以薄弱部位加強支護為原則，對兩幫和底鼓部位分別制定支護措施。

圖2 高應(yīng)力破碎礦體采場

（2）矽卡巖或礦巖交界等圍巖破碎處，由于圍巖的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固而造成的塌冒。此類的塌冒主要是由于暴露面積大，再加上圍巖本身的不穩(wěn)固，從而造成塌冒。這種塌冒的現(xiàn)象一般先是掉碎碴，而后隨著塌落面積的增大或是回采工作的進行，其應(yīng)力也重新分布，暴露面積處的壓力就越大，其后就會大面積的塌冒。能量釋放和粘結(jié)性差是冒落主要原因。對圍巖進行超前錨桿預(yù)支護，利用超前錨桿的變形，減緩變形能的集中釋放，同時超前錨桿鉆孔也可起到一定釋能作用，降低大規(guī)模冒落發(fā)生的機率，為后續(xù)支護措施創(chuàng)造時間和空間。

4 支護方案的選擇

由于礦體和圍巖坍塌，確保巷道的形成速度和采礦項目的利用對于順利，安全地執(zhí)行采礦計劃至關(guān)重要。對于上述的兩種巖性引起塌冒，首先應(yīng)進行相應(yīng)其他形式的支護，如錨桿、錨桿加雙筋條等支護形式，先穩(wěn)固巷道的頂板，而后再用拱架支護。由于壓力增大，其支護方案應(yīng)是直接采用U型拱架支護。

拱架支護：在行車道支護施工期間，首先要檢查隧道工作面頂板和兩批浮石，以確保安全。清除積聚在巷道底部和兩側(cè)直至基巖的爐渣，并建立堅固而牢固的屋頂立柱。當(dāng)被支撐時，拱形框架的兩個支腿在兩側(cè)垂直支撐，并且平臺用碎木固定，工作人員站在平臺上以重疊梁，然后用U型夾固定，安裝必須牢固，可靠性支撐拱門后，請使用碎木屑填充兩側(cè)和屋頂。完成拱形的支撐后，將長錨桿放置在拱形后面，并通過開槍將其封閉。

超前錨桿預(yù)支護：圍巖破碎，在爆破掘進前一般需要進行超前錨桿預(yù)支護。預(yù)錨桿預(yù)先放置在隧道工作面的前端，并沿著前拱的后緣打入破碎的圍巖或填土樁中，作為預(yù)支撐件，提高圍巖前端的完整性，并防止對破碎或填土樁造成較大破壞。變形或坍塌，增加了前部圍巖的穩(wěn)定性，并滿足了行巷道礦體交通穩(wěn)定性的要求。

快速支護技術(shù)：由于圍巖的自穩(wěn)定時間短，因此爆破后除鱗后必須立即進行支撐。同時，支撐措施應(yīng)包括操作簡單，輔助工作少，時間短，安全施工和足夠的支撐強度。U型鋼金屬拱形支座具有強度高，變形空間大，承受較大壓力的特點，它的主要結(jié)構(gòu)包括金庫、拱形腿、夾具和螺栓、所有成品，它可以根據(jù)現(xiàn)場的路段進行組裝，結(jié)構(gòu)簡單，工作人員可以輕松掌握，支架可以由2至3人操作。平均而言，拱門可以在1小時內(nèi)完成，這很適合在短時間內(nèi)使周圍的巖石容易掉落，墜落特性，因此建議在被破壞的礦體中使用U型鋼金屬拱形支架。

施工過程如下：爆破后拱起。拱型U25，拱之間的距離為500mm。根據(jù)周圍巖石的破碎程度相應(yīng)調(diào)整距離?？梢酝瑫r安裝兩個框架，兩個拱形支腿首先支撐在一側(cè)。安裝拱腿時，首先清潔拱腿的礫石，將拱腿站立在支撐位置，然后拉直拱腿，支腿的兩個拱腿和框架先前支撐的拱腿用足夠長的半圓木連接，通常連接上下兩個拱腿。三個部分或上，中，下部分以確保兩個后拱腿的穩(wěn)定性，使用相同的方法安裝其他拱腿。安裝拱形支架后，請使用半圓木將兩個拱形支撐框架與縱梁連接在同一側(cè)，并在其上放置水平半圓木梁或圓形鋼梁以將其連接在兩側(cè)的拱形框架上，然后將兩個梁放置。短的半圓形成一個與圓頂重疊的工作平臺，并且工人覆蓋了平臺上的圓頂。拱門和拱腿用電纜固定在一起。豎立拱架后，使用半圓木，將其緊密連接在拱架和圍巖之間，使拱架成為一體，受力均勻，可防止砌塊掉落，弓用鐵絲固定，為確保及時提供支持，必須及時提供支持材料。

將T形巷道挖掘到破碎的圍巖中是最大的支撐問題，尤其是在拱形設(shè)計中。由于整個巷道已完全關(guān)閉，因此在開辟新的巷道時必須除去現(xiàn)有的支撐，有很多程序和勞動力投入。另外，由于巖體的穩(wěn)定性差，在拆除拱門時還必須注意屋頂坍塌的問題，這是非常危險的。本文創(chuàng)造性的提出了聯(lián)巷與進路丁字路口應(yīng)采取管棚式支護，示意圖如下圖所示。

圖3 聯(lián)巷與進路丁字路口應(yīng)采取管棚式支護

在聯(lián)巷與進路丁字路口管棚式支護時，如上圖所示，拱架間距視現(xiàn)場情況為0.5m~1.0m之間。從理論上講，聯(lián)巷最靠近丁字路口左右各3架拱架的搭接處在聯(lián)巷的中心線上時，拱架的受力均等，效果最佳。丁字路口管棚式支護采用5根焊管橫向與6架拱架搭接，其中1根焊管位于聯(lián)巷中心線上，其他4根焊管（焊管直徑為4寸，長度為6m）分布應(yīng)以聯(lián)巷中心線為對稱軸間距為0.6m橫架在拱架上，并與拱架焊接后再用鐵絲捆綁，焊管上部用對開木充填。

如果拱門得到支撐，則在打開前將拱腿移開，以露出孔中的巖體。保留原始的巷道拱頂，在新開通的道路得到支撐之后，應(yīng)使用加固將已保存的拱頂從新道路的拱形框架中懸掛下來。在不穩(wěn)定的石塊中，由于移除了拱形支撐物，很容易造成連續(xù)倒塌，從而導(dǎo)致無法打開的問題。因此，在卸下拱形支架之前，請使用高級的預(yù)鋼筋錨。

圖5 拱架支護聯(lián)巷，進路開口圖示

5 管棚式支護方案的井下實踐及效果

根據(jù)上述的分析，我區(qū)視現(xiàn)場實際情況對147m分層1#采場6#進路開口處（丁字路口）、136分層5#采場27#、28#進路開口處（丁字路口）分別采用了管棚式支護。

通過分析發(fā)現(xiàn)，此部位是處在矽卡巖和閃長巖的交界處，圍巖不穩(wěn)定，頂板破碎掉碴、兩邦偏邦嚴(yán)重。首先對該部位巷道采用臨噴進行封閉，再采用管棚式支護。聯(lián)巷拱架的規(guī)格為3.5m×3.2m，間距為0.5m。進路拱架規(guī)格為3m×3m，間距為0.5m~0.7m，支護架數(shù)共計30架。在聯(lián)巷左右各3架拱架采用了4寸的鋼管橫向支護5根，每根長6m，焊管上部采用了對開木充填。

支護后，根據(jù)幾個月的觀測，此部位一直處于穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)明顯的塌冒。說明這個支護方案也是成功有效的。

6 效果與效益

丁字路口管棚式支護雖不會產(chǎn)生直接的經(jīng)濟效益，但其間接效益是巨大的，通過本項目的實施，可有效的控制進路開口處（丁字路口）因地壓或圍巖不穩(wěn)固原因造成的塌冒，給采區(qū)正常生產(chǎn)提供了有力的保障。同時，也大大提高了安全系數(shù)，減少了安全隱患。管棚式支護部位是136分層5#采場和147分層1#采場進路礦體較厚的部位，回收礦量較多的進路，如不支護，以上采場近3000噸的礦量將無法回收，由此產(chǎn)生的間接效益計算如下：拱架支護的投入（包括木材、鋼管）：30架×1780元/架=5.29萬元?；夭傻V量產(chǎn)生的效益：3000t×200元/t=60萬元。

支護產(chǎn)生的綜合間接效益為：60-5.29=54.71（萬元）。

綜上所述，丁字路口管棚式支護方案的實施，不僅有效地控制了丁字路口的塌冒，解決了丁字路口的支護難題。而且還大大減少了安全隱患，保障了生產(chǎn)的安全順利進行，產(chǎn)生了巨大的間接效益。