井下巷道顶板稳定性支护复合结构的应用

陈真,王永新

（富蕴蒙库铁矿有限责任公司）

1 问题的提出

在金属矿山地下开采过程中，针对顶板围岩稳定和裂隙水、工程用水处理一直都是采矿安全生产的重点，也是大中型矿山企业重点关注并积极研究探索的问题。随着技术的发展，井下支护技术得到了提升，但支撑井下巷道顶板稳定性问题仍然没有得到彻底解决。一些矿山企业为了企业安全而对可能出现冒顶和裂隙水发育区域往往放弃采矿，不仅影响了企业效益而且浪费国家矿石资源。

文章介绍了在富蕴蒙库铁矿井下采用的既能保证顶板围岩稳定又能解决围岩裂隙水、巷道积水排放的方法，通过采用混凝土拱架、隔梁与防腐防锈复合材料联合施工方法，以解决永久巷道顶板围岩破碎带、褶皱、断层带给生产安全带来隐患，同时也解决了围岩裂隙水流入巷道无法排放的难题。

2 蒙库铁矿井下矿及支护技术情况

蒙库铁矿是新疆八钢主要矿石原料基地，2016～2017年新疆地质矿产勘查开发局的勘查报告中蒙库井下共探明矿体资源/储量总量为9959.72万t，其中一期938m水平以上挂帮矿体资源/储量总量(332+333)为2233.85万t，938水平以下矿体资源/储量总量为7725.87万t，矿山正进行井下938m以上开采，目前开采标高974～962m、962～950m两个水平，井下已形成 1070m、1054m、1022m、1006m、989m、972m、955m七个中段开采。井下采用无底柱分段崩落采矿方法进行矿石回采。矿山开拓方式：平硐-箕斗井、罐笼井-主斜坡道联合开拓运输系统。一期938m以上开采服务年限为14年；二期938m以下井下开采服务年限23年，矿山井下开采总的服务年限37年。

近年来蒙库铁矿为提高产量及效益，地下开采过程中采用多个中段同时施工提升年产能，对多个中段同时施工带来的问题估计不足。首先，多个中段同时施工，围岩应力遭到破环，因不能及时采取有效的治理，造成顶板出现冒顶、滑塌，导致安全事故发生。其次，井下含水层水、工程施工用水从裂隙和破碎带中涌入巷道，不能及时排、堵、截，造成大量水存储在巷道，长时间留存导致对作业环境恶化，不符合安全标准化的要求。井下顶板支护主要采取传统喷浆、锚网、衬砌等单一处理手段，围岩裂隙水自然涌入巷道，巷道积水全靠人员排放。但这些方法既不能保证顶板稳定性，又不能根本解决围岩裂隙水排放的问题。解决这些问题需要长期投入人力、物力、财力去排水，还达不到预期治理的效果。

因此，根据现阶段采矿技术、采矿方法以及国家对矿山开采安全要求，结合蒙库铁矿井下实际情况，积极研究探索，以寻找可靠安全的治理方案，彻底解决裂隙水发育、淋浴区域顶板围岩冒顶、两壁片帮、坍塌问题及巷道积水无法外排的问题。

3 井下巷道顶板稳定性支护的优化和改进

采用井下顶板稳定性支护复合结构。复合结构主要包括混凝土拱架、隔梁、树脂水管和防腐防锈韧性强复合透光材料做防雨棚。拱架材质主要是碱性混凝土、添加防腐剂、防水膜。巷道底板与两壁壁低交接位置开挖带有1～2°坡度排水水沟，水沟宽度300mm，深度400mm。

隔梁采用C25碱性混凝土和锚杆组合而成，按照拱形角度平均每18°设置一个隔梁，隔梁厚度200mm，高度250mm（与顶板紧贴），这样既保证隔梁支撑顶板，又起到裂隙水阻挡，顺着泄水管流入排水沟。混凝土拱形架厚度为300mm，宽度根据岩体构造带进行设计，拱形架顶面铺设防水膜。

泄水管布设按照隔梁间距设置，反向垂直拱顶插入拱形架里，泄水管的深度为300mm，倾角为25°，管口上部与拱形架上顶保持平行，下部露出50mm，保证裂隙水沿管道全部流入排水沟。

防雨棚为厚度100mm防腐防锈韧性强复合透光材料和不锈钢拱形架组合而成，防雨棚和拱形架弧底面之间有100mm间距主要作用确保管道流下来的水顺着防雨棚弧形面两侧流入巷道两壁排水沟。

该支护技术解决了永久巷道顶板围岩破碎带、褶皱、断层带给生产安全带来隐患，又解决了围岩裂隙水、工程用水、巷道积水排放的问题。

采用防腐防锈韧性强复合透光材料制作的防雨棚（图1），在确保裂隙水腐蚀性强的条件下，防雨棚长久耐用。

图1 防雨棚示意图

4 支护复合结构的实施

（1）施工前首先对施工地段巷道顶板、两壁破碎、裂隙及断层面围岩进行处理，平整度达到85%-90%（平整度低于85%对隔梁施工造成影响）

（2）对出现隐患地段围岩采用锚杆加固，根据围岩结构、透水性和使用年限确定锚杆和长度，防治在施工过程中围岩承受力超出极限，出现崩落、滑塌，造成安全事故。

（3）混凝土拱形架浇筑，浇筑前根据拱形弧度按比例布设好泄水管道，浇筑必须一次成型。

（4）隔梁施工一定要注意：必须和拱形架坡面、巷道顶板紧密连接，并铺设好防水膜且隔粱位置在泄水管道下沿。

5 使用领域及达成效果

自2014年蒙库铁矿地下开采以来，因巷道顶板解决裂隙水、淋浴区域顶板围岩冒顶、两壁片帮、坍塌及巷道积水无法外排的问题一直影响井下安全生产，造成井下1070m、1054m多个区域矿体无法回采，导致矿石永久损失。虽然近几年来通过无机玻璃、防锈板进行了支护，但不能从根本上解决地下开采过程中受后期构造影响。通过采取巷道顶板稳定性支护复合结构解决了地下开采过程中出现多个断层、节理。导致的巷道顶板不稳定问题。解决了顶板裂隙水、孔隙水、工程用水流入大量储存问题。该项技术已经在蒙库铁矿井下矿884m水平使用，有效解决巷道顶板围岩不稳定造成人员和机械设备的伤害以及围岩裂隙水流入巷道无法排出问题。保证了井下矿的正常安全生产。

6 结束语

蒙库铁矿井下生产实践表明，改进优化后的井下顶板稳定性支护复合结构方法，对巷道顶板裂隙水发育、淋浴区域顶板围岩冒顶、两壁片帮、坍塌及巷道积水无法外排的问题均可使用，可操作性强，安全可靠，可以推广应用。