联巷与进路丁字路口管棚式支护在残矿回收中的应用

张建威，杨雪菲

（1.安徽开发矿业有限公司，安徽 六安 237462；2.安徽五鑫矿业开发有限公司泥河铁矿，安徽 巢湖 231500）

1 概述

西石门铁矿北采区随着回采分层的下降，加上矿点的破坏，采空区面积也随之加大，而且没有规则，从而造成采场的应力分布不均，在围岩破碎的矽卡岩地段，塌冒也非常严重，确保巷道的完工程度和采矿项目的利用对于顺利，安全地执行采矿计划至关重要。因此，基于岩体稳定性的分类，分析了现有开挖和支护方法中存在的问题，以及变形和失稳的机理，并对支护方法进行了优化。为了维护地压显现中的巷道或围岩破碎的矽卡岩地段，目前我矿主要支护方式为U型拱架支护，一是由于U型拱架属于柔性支护，其变形能与围岩变形相适应，能在高压下共同协调变形中达到维护巷道的目的，二是拱架的支护具有易操作和可重复利用性。但在丁字路口支护拱架时，为了运输的需要，在巷道的交叉部位无法用拱架直接支护，由此造成暴露面积大，如不采取有效的支护方式，此部位将会继续塌冒，甚至冒落，不仅会影响生产，而且还会给人员设备造成极大的隐患。针对此问题进行了现场研究并实施管棚式支护方案，从支护的实际效果来看，基本上解决了此类问题，取得了一定的效果。

2 矿体开采条件

图1 高应力破碎矿体剖面图

西石门铁矿北侧西侧之间的矿体，在-5~-12探矿线之间，具有陡峭的上斜坡，并在0 m附近急剧减速。现在正在考虑开发下部的，缓缓倾斜的矿体。这部分矿体的倾斜度从厚到中厚约为10o，储存范围为+12m~-30m，上悬墙的围岩对不稳定的石灰石是中等稳定的。矿体-矽卡岩磁铁矿，不稳定吊壁的围岩主要是闪长岩体，具有中等抵抗力。矿体底壁上有一薄层，蚀变的闪长岩和矽卡岩很混浊，与水接触时不稳定。矿体会有薄弱、破碎、轻度倾斜、厚或中等情况，还存在隧道塌陷容易，矿体流动性差等问题，矿体难以破碎。在0m分段回采完毕，转入-13m水平的开采后，地压增大，拱架变形、顶板冒落等地压显现事件明显增多，已严重影响矿山开采的正常进行。

3 联巷与进路丁字路口塌冒区域围岩特性分析

针对此类问题，项目参与人员经过现场察看分析，认为在丁字路口易塌冒区域的围岩有以下几种特性：

（1）围岩结构稳固，但由于地压而造成的塌冒。此类的塌冒一般是由于地压的影响，加上暴露面积大，造成原本稳固的岩层受压断裂，直至塌冒。这种塌冒的现象一般先是围岩受力断裂，随着压力的加大，裂缝也越来越大，到一定的程度就会大面积的偏帮、塌冒。在地压作用下，岩性较软部位更容易发生变形，提高薄弱部位强度可以提高巷道整体稳定性。因此，在高应力部位，以薄弱部位加强支护为原则，对两帮和底鼓部位分别制定支护措施。

图2 高应力破碎矿体采场

（2）矽卡岩或矿岩交界等围岩破碎处，由于围岩的结构不稳固而造成的塌冒。此类的塌冒主要是由于暴露面积大，再加上围岩本身的不稳固，从而造成塌冒。这种塌冒的现象一般先是掉碎碴，而后随着塌落面积的增大或是回采工作的进行，其应力也重新分布，暴露面积处的压力就越大，其后就会大面积的塌冒。能量释放和粘结性差是冒落主要原因。对围岩进行超前锚杆预支护，利用超前锚杆的变形，减缓变形能的集中释放，同时超前锚杆钻孔也可起到一定释能作用，降低大规模冒落发生的机率，为后续支护措施创造时间和空间。

4 支护方案的选择

由于矿体和围岩坍塌，确保巷道的形成速度和采矿项目的利用对于顺利，安全地执行采矿计划至关重要。对于上述的两种岩性引起塌冒，首先应进行相应其他形式的支护，如锚杆、锚杆加双筋条等支护形式，先稳固巷道的顶板，而后再用拱架支护。由于压力增大，其支护方案应是直接采用U型拱架支护。

拱架支护：在行车道支护施工期间，首先要检查隧道工作面顶板和两批浮石，以确保安全。清除积聚在巷道底部和两侧直至基岩的炉渣，并建立坚固而牢固的屋顶立柱。当被支撑时，拱形框架的两个支腿在两侧垂直支撑，并且平台用碎木固定，工作人员站在平台上以重叠梁，然后用U型夹固定，安装必须牢固，可靠性支撑拱门后，请使用碎木屑填充两侧和屋顶。完成拱形的支撑后，将长锚杆放置在拱形后面，并通过开枪将其封闭。

超前锚杆预支护：围岩破碎，在爆破掘进前一般需要进行超前锚杆预支护。预锚杆预先放置在隧道工作面的前端，并沿着前拱的后缘打入破碎的围岩或填土桩中，作为预支撑件，提高围岩前端的完整性，并防止对破碎或填土桩造成较大破坏。变形或坍塌，增加了前部围岩的稳定性，并满足了行巷道矿体交通稳定性的要求。

快速支护技术：由于围岩的自稳定时间短，因此爆破后除鳞后必须立即进行支撑。同时，支撑措施应包括操作简单，辅助工作少，时间短，安全施工和足够的支撑强度。U型钢金属拱形支座具有强度高，变形空间大，承受较大压力的特点，它的主要结构包括金库、拱形腿、夹具和螺栓、所有成品，它可以根据现场的路段进行组装，结构简单，工作人员可以轻松掌握，支架可以由2至3人操作。平均而言，拱门可以在1小时内完成，这很适合在短时间内使周围的岩石容易掉落，坠落特性，因此建议在被破坏的矿体中使用U型钢金属拱形支架。

施工过程如下：爆破后拱起。拱型U25，拱之间的距离为500mm。根据周围岩石的破碎程度相应调整距离。可以同时安装两个框架，两个拱形支腿首先支撑在一侧。安装拱腿时，首先清洁拱腿的砾石，将拱腿站立在支撑位置，然后拉直拱腿，支腿的两个拱腿和框架先前支撑的拱腿用足够长的半圆木连接，通常连接上下两个拱腿。三个部分或上，中，下部分以确保两个后拱腿的稳定性，使用相同的方法安装其他拱腿。安装拱形支架后，请使用半圆木将两个拱形支撑框架与纵梁连接在同一侧，并在其上放置水平半圆木梁或圆形钢梁以将其连接在两侧的拱形框架上，然后将两个梁放置。短的半圆形成一个与圆顶重叠的工作平台，并且工人覆盖了平台上的圆顶。拱门和拱腿用电缆固定在一起。竖立拱架后，使用半圆木，将其紧密连接在拱架和围岩之间，使拱架成为一体，受力均匀，可防止砌块掉落，弓用铁丝固定，为确保及时提供支持，必须及时提供支持材料。

将T形巷道挖掘到破碎的围岩中是最大的支撑问题，尤其是在拱形设计中。由于整个巷道已完全关闭，因此在开辟新的巷道时必须除去现有的支撑，有很多程序和劳动力投入。另外，由于岩体的稳定性差，在拆除拱门时还必须注意屋顶坍塌的问题，这是非常危险的。本文创造性的提出了联巷与进路丁字路口应采取管棚式支护，示意图如下图所示。

图3 联巷与进路丁字路口应采取管棚式支护

在联巷与进路丁字路口管棚式支护时，如上图所示，拱架间距视现场情况为0.5m~1.0m之间。从理论上讲，联巷最靠近丁字路口左右各3架拱架的搭接处在联巷的中心线上时，拱架的受力均等，效果最佳。丁字路口管棚式支护采用5根焊管横向与6架拱架搭接，其中1根焊管位于联巷中心线上，其他4根焊管（焊管直径为4寸，长度为6m）分布应以联巷中心线为对称轴间距为0.6m横架在拱架上，并与拱架焊接后再用铁丝捆绑，焊管上部用对开木充填。

如果拱门得到支撑，则在打开前将拱腿移开，以露出孔中的岩体。保留原始的巷道拱顶，在新开通的道路得到支撑之后，应使用加固将已保存的拱顶从新道路的拱形框架中悬挂下来。在不稳定的石块中，由于移除了拱形支撑物，很容易造成连续倒塌，从而导致无法打开的问题。因此，在卸下拱形支架之前，请使用高级的预钢筋锚。

图5 拱架支护联巷，进路开口图示

5 管棚式支护方案的井下实践及效果

根据上述的分析，我区视现场实际情况对147m分层1#采场6#进路开口处（丁字路口）、136分层5#采场27#、28#进路开口处（丁字路口）分别采用了管棚式支护。

通过分析发现，此部位是处在矽卡岩和闪长岩的交界处，围岩不稳定，顶板破碎掉碴、两邦偏邦严重。首先对该部位巷道采用临喷进行封闭，再采用管棚式支护。联巷拱架的规格为3.5m×3.2m，间距为0.5m。进路拱架规格为3m×3m，间距为0.5m~0.7m，支护架数共计30架。在联巷左右各3架拱架采用了4寸的钢管横向支护5根，每根长6m，焊管上部采用了对开木充填。

支护后，根据几个月的观测，此部位一直处于稳定，未发现明显的塌冒。说明这个支护方案也是成功有效的。

6 效果与效益

丁字路口管棚式支护虽不会产生直接的经济效益，但其间接效益是巨大的，通过本项目的实施，可有效的控制进路开口处（丁字路口）因地压或围岩不稳固原因造成的塌冒，给采区正常生产提供了有力的保障。同时，也大大提高了安全系数，减少了安全隐患。管棚式支护部位是136分层5#采场和147分层1#采场进路矿体较厚的部位，回收矿量较多的进路，如不支护，以上采场近3000吨的矿量将无法回收，由此产生的间接效益计算如下：拱架支护的投入（包括木材、钢管）：30架×1780元/架=5.29万元。回采矿量产生的效益：3000t×200元/t=60万元。

支护产生的综合间接效益为：60-5.29=54.71（万元）。

综上所述，丁字路口管棚式支护方案的实施，不仅有效地控制了丁字路口的塌冒，解决了丁字路口的支护难题。而且还大大减少了安全隐患，保障了生产的安全顺利进行，产生了巨大的间接效益。