淺析金屬礦山支護方式的選擇

劉金濤，于 壯，張明新

（河鋼集團礦業(yè)公司司家營南區(qū)礦山分公司，河北 唐山 063700）

采礦安全是一切開采工作的前提，采礦安全主要受技術和環(huán)境兩方面的限制，只有不斷提高采礦技術和加強采礦安全管理，才能更好提升采礦的質量和效率[1]。其中由于工作面頂板的原因造成的事故占據(jù)了總事故的三分之一以上，因此如何做好工作面頂板的支護問題成為我國金屬礦發(fā)展面臨的重要難題，本文在此基礎上做了一定的探究從而更好促進我國金屬礦行業(yè)的發(fā)展。

1 金屬礦頂板的巖層分類

（1）我國金屬礦環(huán)境概述。我國很多金屬礦很多分布在地質結構不穩(wěn)定的地區(qū)，目前大多數(shù)開采技術很難得到開采的條件。如果開采技術不能滿足相應的要求，這樣不僅不能提高開采效率，同時在開采過程中導致塌方事故出現(xiàn)。因此如何在這些特殊地區(qū)選擇合適的支護方式對于開采就顯得至關重要了。另外在金屬礦的開采過程中會對地質結構產(chǎn)生很多的破壞，導致地質結構存在著很多不穩(wěn)定因素，就可能在采礦過程中出現(xiàn)礦難，最常見的地質災難，比如坍塌。另外一方面，另外不穩(wěn)定的地質環(huán)境會給救援工作帶來很大的困擾。

（2）金屬礦頂板的巖層分類。工作面頂板支護的施工是以圍巖變形為基礎的。了解巖層頂板的巖石構建情況可以為工作面頂板管理提供可靠的理論依據(jù)。一般按照硬度、穩(wěn)定狀態(tài)等因素，將巖層分為以下5類。I、強穩(wěn)定巖層。這類巖層堅硬、完整、穩(wěn)定，巖層整體性強。巖石飽和單軸抗壓強度大于60Mpa。巷道開挖3m～5m跨度不支護無碎塊掉落。常見的有玄武巖、石英質砂巖、石英巖等；II、穩(wěn)定巖層。這類巖層比較堅硬，膠結性較好，圍巖基本穩(wěn)定。較長時間不支護出現(xiàn)小塊掉落。常見的有石灰?guī)r、膠結好的砂巖、礫巖等；III、中等穩(wěn)定巖層。這種巖層硬度中硬，可以維持一個月以上的穩(wěn)定狀態(tài)，會產(chǎn)生局部的巖塊掉落。常見的有粉砂巖、砂質泥巖、石灰?guī)r等；IV、弱穩(wěn)定巖層。這類巖層巖石硬度較軟，穩(wěn)定性較差，圍巖的穩(wěn)定時間只有幾天。常見的有泥巖、硬煤、膠結性較差的砂巖等；V、不穩(wěn)定巖層。這類巖層硬度松軟，高風化、大多已經(jīng)潮解，巖層破碎，很容易出現(xiàn)冒頂和片幫。常見的有破碎砂巖、泥巖、較軟的灰?guī)r等。

2 金屬礦支護方式概述

金屬礦的支護方式按照不同的分類標準可以分成不同的種類，按照支護方式的主被動形式主要可以分成以下兩種類型。第一種是常見的被動支撐形式，在支撐結構上和材料上主要使用木托架、砌體支承等。這種支護形式和其他支護形式相比，最大的優(yōu)勢在于穩(wěn)定性強，在受到外力作用時能夠最大程度保證結構的穩(wěn)定性和可靠性。另外一種支護是主動形式，和被動支護采用的材料不同，主動主要采用的有錨、錨索、噴錨等。目前常用的加固方法是對巖層進行支護。該方法控制范圍廣，穩(wěn)定性強，操作方便。此外常見的還有木垛支護，這種支護的特點是面積大，操作方便，同時在施工過程匯總不容易受到外界的影響。柱子的作用有助于提高支護的穩(wěn)定性。

3 金屬礦常用的支護方式

（1）錨桿頂面支護技術。該技術最大的特點就是通過利用錨桿的支撐作用來對于礦頂面起到良好的加固作用。在開展錨桿頂面施工技術時，需要對于錨桿的支護形式和結構進行合理的設置，對于一般的金屬礦，常常使用的方法如下：首先將錨桿的一端放在巖層中，然后為了進一步對于頂面起到固定支護需要將錨桿的另一端向巖層進行插進，需要根據(jù)不同的地質的特點來決定插進的深度，通過這種方式能夠顯著增加錨桿的預應力。從而有效增加支護的安全性和穩(wěn)定性，如果在支護過程中發(fā)現(xiàn)錨桿的支護強度不夠，可以對于錨桿的角度和深度進行合理的微調，從而增加錨桿的支護，從而更好保障整個支護體系的穩(wěn)定性和牢固性。

（2）錨固注漿支護技術。錨固注漿支護和其他的支護技術相比，在支護效率和支護牢靠性方面更具有優(yōu)勢。軟巖結構是一種具有多種形態(tài)和特征的復合軟巖結構。它具有形狀長期損傷的特點，單防護形式難以控制。一般認為，控制軟巖體結構形態(tài)變化的方法是控制圍巖的淺層位置運動。如果圍巖的力學性能完全能夠承受圍巖形狀變化所帶來的不利影響，巷道支護工作就能保證質量。以內注漿錨為核心的錨固注漿支護體系，可以更有效地緩解軟巖巷道支護的難度。首先，要根據(jù)巷道軟巖的實際情況，選擇合理的噴漿方式。噴射混凝土完成后，需要做密封工作，然后在所有條件允許的位置鉆孔，注漿錨桿將被固定在孔內。注漿錨桿不僅要起到支護作用，而且具有注漿作業(yè)的特點。礦漿的澆筑使礦脈更加豐富，礦脈中充滿裂隙，保證了圍巖整體的完整性，達到了多個結構共同承載外力的目的，它是一種主動支護與被動支護相結合的混合支護形式。

（3）U型可縮性鋼支架支護技術。U型可縮性鋼支架支護技術與錨桿支護技術在井下支護技術發(fā)展上被認為是兩次重大突破。它具有支撐力大，支護強度高，可以反復使用的優(yōu)點。因此被廣泛的應用于地下礦山巷道支護，特別是較深的礦井以及松軟巖層的支護。U型可縮性鋼支架最開始是由德國引進國內的，經(jīng)過多年的發(fā)展，鋼截面的形狀與尺寸取得了不斷的改進與優(yōu)化，進一步避免了壓力過大時，型鋼搭接處由于擠壓產(chǎn)生拉斷破壞的現(xiàn)象。采用此種支護技術，鋼材質量的要求是非常重要的，例如鋼材在不同受力狀態(tài)時的整體穩(wěn)定性，還有高壓下的強度和高壓形變延伸率等等。只有這些條件下鋼材質量符合標準，U型鋼的特點才能得到充分發(fā)揮。此外，壁后充填也是支護過程中非常關鍵的一道工序，壁后充填的作用主要是用于改善巷道支架的受力狀態(tài)，通過充填物保證支架可以對圍巖產(chǎn)生良好的支撐作用，因此，在使用該技術時要重視壁后充填。

（4）土釘墻技術。土釘墻技術是通過使用土釘來提高工程的安全性和穩(wěn)定性。第一是要在支護面使用土釘墻技術，然后需要在墻面使用相應的鉆孔設備來打出相應深度的孔，孔的深度和孔的分布要結合實際的項目來制定，同時只有確定孔的相關參數(shù)滿足一定的要求之后才能夠開展后續(xù)的環(huán)節(jié)，否則將會影響施工的質量，另外為了更好地開展土釘墻技術，需要對于深孔進行相應的編號，在完成這些步驟之后需要向深孔中打入預先準備完成的土釘，在這之后需要完成相應的拉拔實驗方法，最后根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的分析來指導注漿力及注漿量的調整，從而更好滿足實際項目的需要。在進行施工的過程中還需要和施工單位做好溝通工作，確定單位是否需要在施工過程中添加一定的添加劑，不同的添加劑對于土釘墻技術會產(chǎn)生不同的影響，從而保障最終的施工質量滿足項目的需要，使工程的安全性及穩(wěn)定性達到相應的標準。

4 結語

綜上所述，金屬礦開發(fā)過程中工作面支護方式的選擇和管理直接關系到礦工的人身安全，但是由于各種原因的存在使得工作面頂板支護在管理中出現(xiàn)很多問題，因此各個采礦企業(yè)需要根據(jù)具體的采礦項目類型選擇最佳的支護類型，從而最大程度保障礦工的生命財產(chǎn)安全。