复杂地质条件下的铜矿掘进支护技术应用分析

刘 学，刘俊伟

（江西铜业集团武山铜矿，江西 九江 332200）

武山铜矿位于九瑞矿田中部，横立山-黄桥向斜东段北翼。武山铜矿在开采过程中，部分区域围岩破碎严重，传统的支护技术无法满足对掘进巷道的支护，特别是对于倾斜角度较大、围岩蚀变严重的巷道，岩石强度差，顶板极不稳固，会严重影响到采矿作业点正常开展，严重威胁着职工的安全。

1 复杂地质条件下巷道支护的理论分析

巷道支护的理论，主要分为围岩强度强化理论、新奥法支护理论、松动全支护理论和联合支护理论等，围岩强度强化理论是巷道以锚杆支护为基础利用锚杆支护改善围岩应力的状态，从而提高围岩的承载能力。新奥法支护理论则需要在巷道爆破后，对于存在隐患的围岩采用锚喷支护方式，提高围岩自身的整体支护能力。不同矿山的地质条件不同，我国矿山企业多数位于断层复杂地质条件中，受围岩内部节理发育和水文地质等条件的影响，容易造成顶板松动的情况的发生。在井下作业中最容易发生变形的就是软岩，软岩具有容易膨胀的特点，在软岩掘进过出现变形，增加了支护的难度。在众多支护理论中，联合支护技术范围广泛，对岩石强度改善效果最佳。联合支护方式则将锚网、锚杆与锚索相结合，形成统一的联合支护系统，对顶板进行有效加固，从一定程度上减少冒顶事故的发生。

2 复杂地质条件下巷道支护方式的选择

2.1 锚杆支护技术和锚注支护技术

复杂地质条件下的围岩软岩占大部分，软岩的支护问题是制约矿山开采过程中巷道维护的最大难题。软岩具有强度低，容易变形的特点，在围岩强大的压力下极易发生较大变形导致岩层破坏。锚杆支护具有支护成本低、施工工艺简单等优势，主要适用于围岩破碎、围岩应力变化较小的巷道中。锚杆支护技术作为主动支护技术，能够有效提高围岩的整体性，从而改善围岩的承载力。

目前多配合以锚网支护、锚注支护等方式，锚注支护是结合锚杆支护和注浆支护技术，将受损的围岩和软岩进行固化，通过浆液渗透到锚孔的岩体中，提高岩体自身的承受能力，与传统的锚杆支护技术相比，锚注支护技术对于提高围岩的承载能力更加有效，能够有效预防围岩的强度和承受力。

2.2 U型钢可伸缩性支护技术

高应力作用下的巷道容易发生变形，通过采用U型钢支架支护方式保障围岩承载高应力状态下巷道的稳固性。巷道由于受高应力影响下发生形变，U型钢支架通过自身强度来抵抗高应力状态下的巷道的变形，是一种被动支护方式。U型钢可缩性支架可以围岩膨胀的程度进行设置，主要适应于围岩破碎和高应力影响较大的软岩巷道中，其具有结构简单、承载能力强等优点，但U型钢支架无法预防巷道的初期变形，并且不适用于发生严重变形后的巷道，加上该种支护方式成本较高，因此使用较少。

2.3 联合支护技术

联合支护技术为采用两种或两种以上支护方式相结合的支护技术，适用于地质条件复杂、岩体支护难度大的巷道。联合支护技术能够充分发挥单一支护方式的各个优点，既可以充分发挥U型钢的可伸缩性，又可以通过改变围岩整体稳固性，从而达到较好的支护效果。并且随着科学技术的不断进步，对巷道进行联合支护后可以通过地压检测系统实现对支护巷道的实时监控，对巷道的支护效果较为理想，但是施工工艺较为复杂。

目前应用最为广泛的支护技术为锚杆支护技术和锚注支护技术。

3 解决巷道掘进锚注支护技术难题的主要措施

锚注技术是指将锚杆、锚索支护与注浆支护结合为一体的支护技术，其作用实质包括两个方面：一方面改善岩体本身的力学性能，另一方面利用锚杆、锚索的锚固力加固围岩。

3.1 锚注支护的支护机理

（1）运用注浆锚孔进行注浆，浆液通过锚孔和围岩裂隙进行渗透封堵，使松散的围岩重新粘结成为整体，能够更好的提升围岩自身的内聚力和弹性模量，从而提高岩体强度。

（2）锚注支护能够将普通端锚杆变为全长锚固锚杆，锚杆与围岩的锚固力更大。

（3）锚注后的顶板围岩的裂隙得以渗透填充，与注浆锚杆、锚索的锚固作用相互配合，形成一个多层有效的组合拱支护体系，即为浆液扩散加固拱、锚杆压缩区组合拱以及锚网组合拱，这种支护体系的承载能力较大，支护效果明显。

（4）注浆之后的围岩的顶板上的垂直载荷能够有效地传递到两帮和底板，实现顶板和边帮的减压，较好的避免了荷载集中问题，从而降低顶帮的塑性变形。

3.2 锚注支护对软岩进行控制的关键措施

（1）有效解决锚杆、锚索在围岩损伤之后出现的锚固力丧失问题以及在软岩处锚固力较低的问题。对目前的锚杆支护方式进行改进，将端头锚固变为锚固，全锚固锚杆较之端头锚固锚杆具有更高的初锚力，当围岩变形的增阻速度加快，出现最大锚固力之后，若围岩出现移动，工作锚固力也会在较长的一段时间内处于比较稳定的状态。锚杆在工作时的锚固力越大，对围岩变形的控制效果就更好。

（2）支护时间的确定。复杂地质条件下巷道支护技术的实际应用来说，其支护时间的确定极为重要，如果围岩变形后的松动破坏区会严重影响锚固力和浆液的渗透能力，应在围岩塑性变形区时间内实现及时支护，软岩的原始强度未受到损伤之前锚杆就具有较大的锚固力，此时锚注支护之后的能够充分发挥围岩塑性区的承载能力，提高锚固支护效果。

4 结语

通过对巷道围岩的力学特性以及支护机理的研究表明，锚注支护技术是目前应用于复杂地质条件下较为理想的支护技术，具有整体性墙、支撑力强、承载能力大等诸多优点，能够较为有效的解决高应力软岩巷道支护技术难题，并且能有效避免巷道二次支护问题。当然，矿山巷道支护问题是一门实践科学，地质条件不同，巷道的支护和掘进技术不同，选择科学合理的支护技术是保障矿山安全生产的关键，巷道支护方面应根据巷道的实际情况确定支护的材料和技术，提高围岩的承载能力。