试论深井硬岩矿山岩爆巷道支护加重钻杆

试论深井硬岩矿山岩爆巷道支护

试论深井硬岩矿山岩爆巷道支护 2011年12月09日 来源： 1　前　言　　近年来，我国一批金属矿山特别是有色金属矿山已进入深部开采，其开采深度都超过了700m，如红透山铜矿、冬瓜山铜矿已接近和超过1000m，会泽铅锌矿、金川二矿区和凡口铅锌矿的开采深度都达到或超过了700m。这些矿山的共同特点是埋深大、矿岩均较坚硬、地应力大且以构造应力为主。红透山铜矿和东瓜山铜矿近年来的深部生产建设的实践表明，这两个矿山经常发生岩石弹射现象，由此可见深井地压问题已经成为我国深井安全生产面临的重大技术问题。随着经济建设的发展，国家对矿产资源的需求将逐渐增大。国家除向边远地区找矿开矿之外，采矿将向深部发展。可以预见，下个世纪初我国将有更多的金属矿山进入深部开采，深井矿山地压问题将成为制约我国矿山安全生产、资源回收和企业经济效益的主导因素之一。大深度、高地应力下的开采地压问题将成为金属矿山企业面临的重大技术难题，解决深井地压问题，也就必然成为我国矿山行业的重大技术发展方向。有鉴于此，国家在“九五”计划中首次专门立项对深井硬岩矿山开采、地压与岩爆问题进行研究，本文是作者在初步研究成果的基础上写成的。2　国外矿山岩爆巷道支护概述　　对于高应力特别是岩爆巷道的支护，由于应力大、变形大且具有动力破坏的特点而难以支护，因而不能采用常规的巷道支护方法。国外的深井硬岩矿山在岩爆巷道支护方面研究起步较早较系统，已积累了丰富的经验，有代表性的国家有南非、前苏联、加拿大、美国、智利等国。南非在岩爆研究方面已有数十年的历史，特别是加拿大在近年还进行了有关矿山岩爆及支护的五年计划的专项研究，在岩爆支护研究及应用方面取得了令人瞩目的成就。　　在前苏联，研究的岩爆矿山开采深度一般在700m～1500m左右，为弱岩爆和中等岩爆。岩爆巷道中的支护方式有改造的普通锚喷支护、喷射钢纤维支护、柔性钢支架支护、锚喷网+柔性钢支架联合支护等形式。特别值得一提的是前苏联在岩爆巷道中采用喷射钢纤维支护研究方面取得了较好的效果，并在矿山得到推广应用，如北乌拉尔铝土矿等。　　在美国，有关岩爆支护方面的经验主要来自于爱达荷州CoeurdAlene地区的矿山，岩爆支护一般为常规支护形式的改造，如通过加密锚杆之间的间距、增强锚杆的强度和变形能力、改善金属网之间的搭接方式及其变形能力等。比如，Lucky Friday矿采用0.9m间隔的长为2.4m的树脂高强变形锚杆(Dwyidag)和链接式金属网，并配置中等间距的管缝式锚杆，这种支护可以抵御中等岩爆。　　在智利，关于岩爆支护方面的经验来自于El Tenienle矿，该矿一般是采用砂浆高强变形钢筋锚杆(类似于Dwyidag)并配置链接式金属网，必要时喷上混凝土。　　在加拿大，90年代开始了针对Sudbury地区矿山的岩爆研究项目，通过实施5年研究计划，在岩爆支护研究方面取得了较系统的和有突破性的成果，为目前世界上矿山岩爆研究先进的国家之一。加拿大对有岩爆巷道的支护分三个类级：第二类级为无砂浆胶结的机械式端锚锚杆，通常配以链接式网或焊接式网。其典型的支护系统中机械式锚杆长为1.8m，直径16mm，以1.2m×0.75m的排距安装，金属网为6号铁丝网，网孔为100mm×100mm，在一些矿山还采用了镀锌的链接式网以防止腐蚀。第二类级为在第一类级支护系统的基础上增加锚杆的密度和锚杆的长度、增强锚杆的变形能力、增大金属网的覆盖面积或增加网丝的直径、增喷混凝土等，例如再加上直径为20mm、长1.8～2.4m的树脂浆变形预应力锚杆，以适中的间距锚入岩体作进一步加固。第三类级为采用非加固围岩的方法，即采用钢索带(Cable lacing)支护，它适用于高岩爆危险区。有代表性的支护为7股16mm直径的钢绳用作索带，锚固件以钻石花形式间距布置1.5m×1.2m，锚杆为软钢，直径为16mm。　　南非是迄今为止在岩爆研究领域取得成就最大的国家。南非金矿岩爆巷道支护常用的支护有锚杆这类固定支护和金属网、喷网、索带等这类柔性支护，对喷射混凝土支护抑制岩爆的作用也作了较深入的研究。目前，南非研究岩爆支护的主要对象是针对3000m以下的大深度支护问题。此时的原岩应力高达100MPa以上，这样的高应力值范围已超过围岩的强度极限，巷道主要表现为大变形破坏(＞500mm)。3　岩爆巷道支护机理 3.1　岩爆巷道支护机理　　针对上述岩爆巷道支护方式及对巷道岩爆破坏机制的认识，加拿大的D.R.McCreath和P.K.Kaiser等人深入地研究了岩爆巷道支护的机理。当一个复杂的支护系统被简化之后，都可以划分为如图1所示的两种主要的支护功能：加固围岩和悬吊-承托。在这两种功能中，加固围岩和起悬吊作用的支护单元为锚杆，而承托单元则由金属网、喷混凝土、索带或它们之间的组合形式来完成。图1

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