浅析金属矿山支护方式的选择

刘金涛，于 壮，张明新

（河钢集团矿业公司司家营南区矿山分公司，河北 唐山 063700）

采矿安全是一切开采工作的前提，采矿安全主要受技术和环境两方面的限制，只有不断提高采矿技术和加强采矿安全管理，才能更好提升采矿的质量和效率[1]。其中由于工作面顶板的原因造成的事故占据了总事故的三分之一以上，因此如何做好工作面顶板的支护问题成为我国金属矿发展面临的重要难题，本文在此基础上做了一定的探究从而更好促进我国金属矿行业的发展。

1 金属矿顶板的岩层分类

（1）我国金属矿环境概述。我国很多金属矿很多分布在地质结构不稳定的地区，目前大多数开采技术很难得到开采的条件。如果开采技术不能满足相应的要求，这样不仅不能提高开采效率，同时在开采过程中导致塌方事故出现。因此如何在这些特殊地区选择合适的支护方式对于开采就显得至关重要了。另外在金属矿的开采过程中会对地质结构产生很多的破坏，导致地质结构存在着很多不稳定因素，就可能在采矿过程中出现矿难，最常见的地质灾难，比如坍塌。另外一方面，另外不稳定的地质环境会给救援工作带来很大的困扰。

（2）金属矿顶板的岩层分类。工作面顶板支护的施工是以围岩变形为基础的。了解岩层顶板的岩石构建情况可以为工作面顶板管理提供可靠的理论依据。一般按照硬度、稳定状态等因素，将岩层分为以下5类。I、强稳定岩层。这类岩层坚硬、完整、稳定，岩层整体性强。岩石饱和单轴抗压强度大于60Mpa。巷道开挖3m～5m跨度不支护无碎块掉落。常见的有玄武岩、石英质砂岩、石英岩等；II、稳定岩层。这类岩层比较坚硬，胶结性较好，围岩基本稳定。较长时间不支护出现小块掉落。常见的有石灰岩、胶结好的砂岩、砾岩等；III、中等稳定岩层。这种岩层硬度中硬，可以维持一个月以上的稳定状态，会产生局部的岩块掉落。常见的有粉砂岩、砂质泥岩、石灰岩等；IV、弱稳定岩层。这类岩层岩石硬度较软，稳定性较差，围岩的稳定时间只有几天。常见的有泥岩、硬煤、胶结性较差的砂岩等；V、不稳定岩层。这类岩层硬度松软，高风化、大多已经潮解，岩层破碎，很容易出现冒顶和片帮。常见的有破碎砂岩、泥岩、较软的灰岩等。

2 金属矿支护方式概述

金属矿的支护方式按照不同的分类标准可以分成不同的种类，按照支护方式的主被动形式主要可以分成以下两种类型。第一种是常见的被动支撑形式，在支撑结构上和材料上主要使用木托架、砌体支承等。这种支护形式和其他支护形式相比，最大的优势在于稳定性强，在受到外力作用时能够最大程度保证结构的稳定性和可靠性。另外一种支护是主动形式，和被动支护采用的材料不同，主动主要采用的有锚、锚索、喷锚等。目前常用的加固方法是对岩层进行支护。该方法控制范围广，稳定性强，操作方便。此外常见的还有木垛支护，这种支护的特点是面积大，操作方便，同时在施工过程汇总不容易受到外界的影响。柱子的作用有助于提高支护的稳定性。

3 金属矿常用的支护方式

（1）锚杆顶面支护技术。该技术最大的特点就是通过利用锚杆的支撑作用来对于矿顶面起到良好的加固作用。在开展锚杆顶面施工技术时，需要对于锚杆的支护形式和结构进行合理的设置，对于一般的金属矿，常常使用的方法如下：首先将锚杆的一端放在岩层中，然后为了进一步对于顶面起到固定支护需要将锚杆的另一端向岩层进行插进，需要根据不同的地质的特点来决定插进的深度，通过这种方式能够显著增加锚杆的预应力。从而有效增加支护的安全性和稳定性，如果在支护过程中发现锚杆的支护强度不够，可以对于锚杆的角度和深度进行合理的微调，从而增加锚杆的支护，从而更好保障整个支护体系的稳定性和牢固性。

（2）锚固注浆支护技术。锚固注浆支护和其他的支护技术相比，在支护效率和支护牢靠性方面更具有优势。软岩结构是一种具有多种形态和特征的复合软岩结构。它具有形状长期损伤的特点，单防护形式难以控制。一般认为，控制软岩体结构形态变化的方法是控制围岩的浅层位置运动。如果围岩的力学性能完全能够承受围岩形状变化所带来的不利影响，巷道支护工作就能保证质量。以内注浆锚为核心的锚固注浆支护体系，可以更有效地缓解软岩巷道支护的难度。首先，要根据巷道软岩的实际情况，选择合理的喷浆方式。喷射混凝土完成后，需要做密封工作，然后在所有条件允许的位置钻孔，注浆锚杆将被固定在孔内。注浆锚杆不仅要起到支护作用，而且具有注浆作业的特点。矿浆的浇筑使矿脉更加丰富，矿脉中充满裂隙，保证了围岩整体的完整性，达到了多个结构共同承载外力的目的，它是一种主动支护与被动支护相结合的混合支护形式。

（3）U型可缩性钢支架支护技术。U型可缩性钢支架支护技术与锚杆支护技术在井下支护技术发展上被认为是两次重大突破。它具有支撑力大，支护强度高，可以反复使用的优点。因此被广泛的应用于地下矿山巷道支护，特别是较深的矿井以及松软岩层的支护。U型可缩性钢支架最开始是由德国引进国内的，经过多年的发展，钢截面的形状与尺寸取得了不断的改进与优化，进一步避免了压力过大时，型钢搭接处由于挤压产生拉断破坏的现象。采用此种支护技术，钢材质量的要求是非常重要的，例如钢材在不同受力状态时的整体稳定性，还有高压下的强度和高压形变延伸率等等。只有这些条件下钢材质量符合标准，U型钢的特点才能得到充分发挥。此外，壁后充填也是支护过程中非常关键的一道工序，壁后充填的作用主要是用于改善巷道支架的受力状态，通过充填物保证支架可以对围岩产生良好的支撑作用，因此，在使用该技术时要重视壁后充填。

（4）土钉墙技术。土钉墙技术是通过使用土钉来提高工程的安全性和稳定性。第一是要在支护面使用土钉墙技术，然后需要在墙面使用相应的钻孔设备来打出相应深度的孔，孔的深度和孔的分布要结合实际的项目来制定，同时只有确定孔的相关参数满足一定的要求之后才能够开展后续的环节，否则将会影响施工的质量，另外为了更好地开展土钉墙技术，需要对于深孔进行相应的编号，在完成这些步骤之后需要向深孔中打入预先准备完成的土钉，在这之后需要完成相应的拉拔实验方法，最后根据实验数据的分析来指导注浆力及注浆量的调整，从而更好满足实际项目的需要。在进行施工的过程中还需要和施工单位做好沟通工作，确定单位是否需要在施工过程中添加一定的添加剂，不同的添加剂对于土钉墙技术会产生不同的影响，从而保障最终的施工质量满足项目的需要，使工程的安全性及稳定性达到相应的标准。

4 结语

综上所述，金属矿开发过程中工作面支护方式的选择和管理直接关系到矿工的人身安全，但是由于各种原因的存在使得工作面顶板支护在管理中出现很多问题，因此各个采矿企业需要根据具体的采矿项目类型选择最佳的支护类型，从而最大程度保障矿工的生命财产安全。