井下巷道頂板穩(wěn)定性支護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

陳真,王永新

（富蘊(yùn)蒙庫(kù)鐵礦有限責(zé)任公司）

1 問(wèn)題的提出

在金屬礦山地下開(kāi)采過(guò)程中，針對(duì)頂板圍巖穩(wěn)定和裂隙水、工程用水處理一直都是采礦安全生產(chǎn)的重點(diǎn)，也是大中型礦山企業(yè)重點(diǎn)關(guān)注并積極研究探索的問(wèn)題。隨著技術(shù)的發(fā)展，井下支護(hù)技術(shù)得到了提升，但支撐井下巷道頂板穩(wěn)定性問(wèn)題仍然沒(méi)有得到徹底解決。一些礦山企業(yè)為了企業(yè)安全而對(duì)可能出現(xiàn)冒頂和裂隙水發(fā)育區(qū)域往往放棄采礦，不僅影響了企業(yè)效益而且浪費(fèi)國(guó)家礦石資源。

文章介紹了在富蘊(yùn)蒙庫(kù)鐵礦井下采用的既能保證頂板圍巖穩(wěn)定又能解決圍巖裂隙水、巷道積水排放的方法，通過(guò)采用混凝土拱架、隔梁與防腐防銹復(fù)合材料聯(lián)合施工方法，以解決永久巷道頂板圍巖破碎帶、褶皺、斷層帶給生產(chǎn)安全帶來(lái)隱患，同時(shí)也解決了圍巖裂隙水流入巷道無(wú)法排放的難題。

2 蒙庫(kù)鐵礦井下礦及支護(hù)技術(shù)情況

蒙庫(kù)鐵礦是新疆八鋼主要礦石原料基地，2016～2017年新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局的勘查報(bào)告中蒙庫(kù)井下共探明礦體資源/儲(chǔ)量總量為9959.72萬(wàn)t，其中一期938m水平以上掛幫礦體資源/儲(chǔ)量總量(332+333)為2233.85萬(wàn)t，938水平以下礦體資源/儲(chǔ)量總量為7725.87萬(wàn)t，礦山正進(jìn)行井下938m以上開(kāi)采，目前開(kāi)采標(biāo)高974～962m、962～950m兩個(gè)水平，井下已形成 1070m、1054m、1022m、1006m、989m、972m、955m七個(gè)中段開(kāi)采。井下采用無(wú)底柱分段崩落采礦方法進(jìn)行礦石回采。礦山開(kāi)拓方式：平硐-箕斗井、罐籠井-主斜坡道聯(lián)合開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)。一期938m以上開(kāi)采服務(wù)年限為14年；二期938m以下井下開(kāi)采服務(wù)年限23年，礦山井下開(kāi)采總的服務(wù)年限37年。

近年來(lái)蒙庫(kù)鐵礦為提高產(chǎn)量及效益，地下開(kāi)采過(guò)程中采用多個(gè)中段同時(shí)施工提升年產(chǎn)能，對(duì)多個(gè)中段同時(shí)施工帶來(lái)的問(wèn)題估計(jì)不足。首先，多個(gè)中段同時(shí)施工，圍巖應(yīng)力遭到破環(huán)，因不能及時(shí)采取有效的治理，造成頂板出現(xiàn)冒頂、滑塌，導(dǎo)致安全事故發(fā)生。其次，井下含水層水、工程施工用水從裂隙和破碎帶中涌入巷道，不能及時(shí)排、堵、截，造成大量水存儲(chǔ)在巷道，長(zhǎng)時(shí)間留存導(dǎo)致對(duì)作業(yè)環(huán)境惡化，不符合安全標(biāo)準(zhǔn)化的要求。井下頂板支護(hù)主要采取傳統(tǒng)噴漿、錨網(wǎng)、襯砌等單一處理手段，圍巖裂隙水自然涌入巷道，巷道積水全靠人員排放。但這些方法既不能保證頂板穩(wěn)定性，又不能根本解決圍巖裂隙水排放的問(wèn)題。解決這些問(wèn)題需要長(zhǎng)期投入人力、物力、財(cái)力去排水，還達(dá)不到預(yù)期治理的效果。

因此，根據(jù)現(xiàn)階段采礦技術(shù)、采礦方法以及國(guó)家對(duì)礦山開(kāi)采安全要求，結(jié)合蒙庫(kù)鐵礦井下實(shí)際情況，積極研究探索，以尋找可靠安全的治理方案，徹底解決裂隙水發(fā)育、淋浴區(qū)域頂板圍巖冒頂、兩壁片幫、坍塌問(wèn)題及巷道積水無(wú)法外排的問(wèn)題。

3 井下巷道頂板穩(wěn)定性支護(hù)的優(yōu)化和改進(jìn)

采用井下頂板穩(wěn)定性支護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)主要包括混凝土拱架、隔梁、樹(shù)脂水管和防腐防銹韌性強(qiáng)復(fù)合透光材料做防雨棚。拱架材質(zhì)主要是堿性混凝土、添加防腐劑、防水膜。巷道底板與兩壁壁低交接位置開(kāi)挖帶有1～2°坡度排水水溝，水溝寬度300mm，深度400mm。

隔梁采用C25堿性混凝土和錨桿組合而成，按照拱形角度平均每18°設(shè)置一個(gè)隔梁，隔梁厚度200mm，高度250mm（與頂板緊貼），這樣既保證隔梁支撐頂板，又起到裂隙水阻擋，順著泄水管流入排水溝。混凝土拱形架厚度為300mm，寬度根據(jù)巖體構(gòu)造帶進(jìn)行設(shè)計(jì)，拱形架頂面鋪設(shè)防水膜。

泄水管布設(shè)按照隔梁間距設(shè)置，反向垂直拱頂插入拱形架里，泄水管的深度為300mm，傾角為25°，管口上部與拱形架上頂保持平行，下部露出50mm，保證裂隙水沿管道全部流入排水溝。

防雨棚為厚度100mm防腐防銹韌性強(qiáng)復(fù)合透光材料和不銹鋼拱形架組合而成，防雨棚和拱形架弧底面之間有100mm間距主要作用確保管道流下來(lái)的水順著防雨棚弧形面兩側(cè)流入巷道兩壁排水溝。

該支護(hù)技術(shù)解決了永久巷道頂板圍巖破碎帶、褶皺、斷層帶給生產(chǎn)安全帶來(lái)隱患，又解決了圍巖裂隙水、工程用水、巷道積水排放的問(wèn)題。

采用防腐防銹韌性強(qiáng)復(fù)合透光材料制作的防雨棚（圖1），在確保裂隙水腐蝕性強(qiáng)的條件下，防雨棚長(zhǎng)久耐用。

圖1 防雨棚示意圖

4 支護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)的實(shí)施

（1）施工前首先對(duì)施工地段巷道頂板、兩壁破碎、裂隙及斷層面圍巖進(jìn)行處理，平整度達(dá)到85%-90%（平整度低于85%對(duì)隔梁施工造成影響）

（2）對(duì)出現(xiàn)隱患地段圍巖采用錨桿加固，根據(jù)圍巖結(jié)構(gòu)、透水性和使用年限確定錨桿和長(zhǎng)度，防治在施工過(guò)程中圍巖承受力超出極限，出現(xiàn)崩落、滑塌，造成安全事故。

（3）混凝土拱形架澆筑，澆筑前根據(jù)拱形弧度按比例布設(shè)好泄水管道，澆筑必須一次成型。

（4）隔梁施工一定要注意：必須和拱形架坡面、巷道頂板緊密連接，并鋪設(shè)好防水膜且隔粱位置在泄水管道下沿。

5 使用領(lǐng)域及達(dá)成效果

自2014年蒙庫(kù)鐵礦地下開(kāi)采以來(lái)，因巷道頂板解決裂隙水、淋浴區(qū)域頂板圍巖冒頂、兩壁片幫、坍塌及巷道積水無(wú)法外排的問(wèn)題一直影響井下安全生產(chǎn)，造成井下1070m、1054m多個(gè)區(qū)域礦體無(wú)法回采，導(dǎo)致礦石永久損失。雖然近幾年來(lái)通過(guò)無(wú)機(jī)玻璃、防銹板進(jìn)行了支護(hù)，但不能從根本上解決地下開(kāi)采過(guò)程中受后期構(gòu)造影響。通過(guò)采取巷道頂板穩(wěn)定性支護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)解決了地下開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)多個(gè)斷層、節(jié)理。導(dǎo)致的巷道頂板不穩(wěn)定問(wèn)題。解決了頂板裂隙水、孔隙水、工程用水流入大量?jī)?chǔ)存問(wèn)題。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在蒙庫(kù)鐵礦井下礦884m水平使用，有效解決巷道頂板圍巖不穩(wěn)定造成人員和機(jī)械設(shè)備的傷害以及圍巖裂隙水流入巷道無(wú)法排出問(wèn)題。保證了井下礦的正常安全生產(chǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

蒙庫(kù)鐵礦井下生產(chǎn)實(shí)踐表明，改進(jìn)優(yōu)化后的井下頂板穩(wěn)定性支護(hù)復(fù)合結(jié)構(gòu)方法，對(duì)巷道頂板裂隙水發(fā)育、淋浴區(qū)域頂板圍巖冒頂、兩壁片幫、坍塌及巷道積水無(wú)法外排的問(wèn)題均可使用，可操作性強(qiáng)，安全可靠，可以推廣應(yīng)用。