上坪矿区巷道压力控制及

铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-1-上坪矿区巷道压力控制及支护现状探讨华永喜目前，上坪矿区每年用于安全支护浇筑混凝土墙体、砼顶等工程量多、费用高，安全支护千篇一律的浇筑钢筋混凝土，有部分其实在使用过程中效果还有限。矿区岩体较软，地质条件较差、高岭土化较严重，巷道的稳定性（特别是采矿区域及地质条件较差的区域）受到挑战。一直以来矿区高岭土化地段巷道的压力控制（尤其是采区地质弱面区域及高岭土化区域）是个难题，土建工程修了以修，而且现在的处理办法基本上是巷道顶及帮的稳定性受到影响形成片帮或冒顶时采用坑木支护再进行混凝土浇筑砼顶。在局部压力大的巷道用低强度的坑木支护往往达不到巷道所需的防护要求，只能做为前期施工的安全措施，或短期使用，过后仍需采用较高强度的混凝土支护。在使用一段时间后又要返修、部分墙体或顶板垮蹋甚至报废，这是矿区现阶段安全支护的现状。矿区部分切割、采准等巷道服务周期短，但又在高岭土化脉带或软岩体中，受压力影响大，需要进行维护、这类巷道维护成本高，维护的投入产出比相当低。现阶段如何控制好巷道支护的强度，合理使用维护材料，做到即经济又合理，并达到技术上的要求，是目前矿区采矿及土建工作的技术难题难点。1、上坪矿区地下工程巷道的特点地下矿山通常分为开拓巷道、采准巷道、生探沿脉巷道及切割巷道。矿区也不例外，开拓巷道使用时间较久一般从形成起直到闭坑，铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-2-采准巷道、生探巷道次之，使用期限最短的就是切割巷道。而在这些巷道中，切割巷道也可称之为临时性的巷道，使用完一次后，即采下、出完矿后就报废，巷道服务的时间比较短。投入产出比低，按道理，支护成本应与使用期限成正比相适应，不能高。现实是这类巷道是受采动、断层、矿体高岭土化影响较其它巷道历害的多，巷道变形、倒落也比其它巷道严重，需要维护的量也大，成本也高。这类巷道主要是分层巷、电耙道、底部结构的沿脉巷、装矿巷道等。这些巷道直接受爆破、出矿等外力影响，岩体破坏严重，即使维护后使用一段时间，也需要进行再次支护、返修、是坑木支护与土建维护的重点部位，也是维护工程量最大的区域。而根据矿区的情况，这些作业点也基本上是岩体强度较低的区域。2、矿区的地质与支护关系概况矿区开采范围内的岩体基本为寒武系变质砂岩、夹板岩。岩体中等稳固。节理、断层等地构造较发育，F3沿脉断层沿矿区Ⅰ带南侧边缘贯穿整个矿带，Ⅰ带中部一条NE向缓倾斜断层F2将Ⅰ带南北错动20余米。加之矿区矿脉及部分充填有高岭土节理发育区域软弱岩体具有较强的高岭土风化特性（在稳定的温湿度环境中不易风化，往往是掘进后暴露在空气中才具有的特性），特别是在断层、节理发育范围，断层节理、裂隙中区域风化特别严重压力显现也很快，造成岩体的稳固性急剧降低，导致在采矿范围内的井巷工程需支护维护的特别多，而且多数为只使用一次的工程，如电耙道斗穿、分层巷的支护，使用期短，还需返修。这些巷道有些仅需对抗顶板压力，有些需要应铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-3-付高岭土风化膨胀带来的压力，有些需要应付采动地压及采区爆破等外力的影响保障巷道的安全使用。3、影响巷道岩体压力的地质因素影响岩体压力的因素很多，通常可分为地质、开采和支护等类，影响岩体压力的地质因素有：原岩应力状态、围岩力学性质及岩体结构等。(1)原岩应力状态原岩应力是引起围岩变形、破坏的基本作用力。原岩应力随开采深度的增加而增长。所以，随采深的增加，巷道岩体压力会明显增长。原岩体中主应力的大小和方向不同，对巷道的影响作用不同，也直接影响到岩体压力。(2)岩体力学性质岩体力学性质是指它的强度(包括抗压、抗拉、抗剪等各种强度和粘聚力、内摩擦角等值)和变形性质及其它力学属性。不言而喻，强度小的岩体，围岩压力必然大，反之亦然。强度和粘聚力、内摩擦角值大的岩体，其岩体压力小，反之亦然。其中粘聚力的影响要较内摩擦角大。岩体的变形性质是指它的弹性、塑性和粘性。岩体的塑性变形和粘性流动是影响岩体压力大小的重要因素，许多岩体压力较大的巷道，常常是由它引起的。(3)岩体结构当结构面强度远小于结构体强度时，结构对岩体压力的影响极大。通常岩体破坏首先从弱面开始，这是岩体压力在节理和层理等弱面发铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-4-育区、破坏带、断层和褶皱区显现强烈的重要原因。由于层状岩体具有定向弱面，所以层状岩体的走向和倾角也与围岩压力密切相关。如果岩层走向与巷道轴向平行或夹角很小，则岩体结构容易与巷道轴线形成不稳定的松动体，因而岩体压力大。水平岩层沿巷道侧帮的稳定性较好，因而帮压较小，而顶压较大。(4)膨胀压力的影响因素影响膨胀压力的因素主要有岩石的组成与胶结状态，物理化学性质，围岩中水分的补给状况，水与岩石的接触条件，支护和充填层的可塑性等。①岩石的组成与胶结状态粘土岩的膨胀是由大量强亲水性矿物引起的。一般如高岭土可含高达相当高的水分，大量吸附水使高岭土晶层内外表面形成发育的水化层。岩石在风干失水后，其颗粒体积缩小，并形成宏观上的收缩裂缝和微观结构的潜在破坏。一旦再与水相互作用，脱水的岩体将再强烈地吸水，并导致晶层间吸附水的增加和颗粒周围结合水膜的增厚。这样就导致颗粒间结合水巨大楔压力的产生，促使岩体崩解和膨胀。从这个意义上说，保持岩体湿度不变和不受浸水、风化作用是维护岩体稳定的重要措施之一。②围岩应力状态岩体的吸水膨胀还与岩体应力状态有关，高应力状态下应力变化引起的岩体嘭胀量少，低应力状态下引起的膨胀量增大。开挖前岩体处于无膨胀状态下的高应力状态，开挖后径向应力降低，铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-5-随之出现岩体膨胀现象。应力降低越多，膨胀压力就越大。③水分渗入围岩的深度与范围岩体中水分的补给是形成膨胀压力的必要因素。通常水分的来源主要是裂隙水、地下水。水分渗入岩体的深度与范围越大，形成的膨胀压力也越大。水分渗入岩体的深度和范围取决于外界水分的补给状况，也取决于水分渗入岩体的难易程度。一般说来，水分补给越充分，岩体节理越发育，岩体扰动就越大，开挖后的时间越长，则水分渗入到岩体的深度和范围就越大。此外，岩体失水风干也是岩体增大渗入深度的重要原因。许多膨胀性岩体在不发生风干脱水的条件下，即使浸水也不会膨胀崩解，只有开掘巷道后，改变了围岩的自然状态，使围岩风干脱水，并继续浸水才会膨胀崩解，此外，对膨胀性围岩，开挖后应立即严密封闭，防止其松动和风干并采取防水和排水等措施。封闭既是为了防止风干脱水，又是为了防止水与岩体的作用；防水，排水则是为了防止风干后的岩体再吸水。这样从积极方面阻止膨胀过程的发生与发展，是防止岩层膨胀的重要措施。4、巷道矿压控制原理巷道中的矿压显现是客观的自然现象，除了一些特殊情况外，在采掘过程中企图完全消除这种现象是不可能的。然而在掌握巷道矿压显现规律的基础上，以岩石力学理论为指导，有可能在不同程度上减轻矿压显现对巷道的危害，从而达到安全生产和取得较好技术经济效果的目的，这是巷道矿压控制的基本任务。从广义的角度看，巷道矿压控制应包括以下三类方法及途径：铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-6-第一类：巷道保护，是指为了使围岩应力与岩体强度保持较适应的关系，以便预防巷道失稳或有效的减轻矿压危害而采取的各种技术措施，如选用有利于保持巷道稳定的断面形状，在巷道设计和掘进时就为预期的巷道缩小量预留备用断面，在巷旁留护巷矿柱或砌筑人工保护带，将巷道布置在坚硬岩层中或应力降低区等等；如现阶段矿区通过开天窗与地表贯通将矿区空区周围大规模应力集中区域应力重新分布，消除应力局部集中，让巷道处于应力降低区域，从而保护矿区各中段的巷道。第二类：巷道支护，一般指借助于各种支护手段去预防巷道围岩产生过度变形和防止巷道冒顶、片帮，以保持巷道正常使用；如矿区在采区附近区域，由于采动及出矿原因，地质构造等各方面原因引起巷道变形，片帮冒顶增多，造成局部地应力集中，压力显现加剧，巷道稳定性下降，由于工程需要巷道仍需使用，这部分巷道采用了维护的方式，一是控制片帮冒顶的发展，二是限制不安全因素对人的伤害。第三类：巷道维护（维修），是指对已进行过支护的巷道，为了改善已恶化的维护状况和恢复其稳定性所采取的一些措施。如为保护软弱岩体不受冲击破坏，保护岩体的稳定性，从而保护工程的使用，如大采的分层巷与矿区电耙道斗穿及耙道的维护就是如此。5、现阶段矿区支护的主要形式及压力控制的手段矿区现在采用的支护形式为普通的坑木短期支护与刚性很大的钢筋混凝土支护。（1）、坑木支护现为矿区安全支护中的临时性短期支护，一般在铁山垅钨业有限公司上坪坑口生产技术采矿专业论文-7-岩体破碎区域或冒顶处进行支护加固，部分需要继续进行钢筋混凝土砼顶。（2）、钢筋混凝土支护是矿区的主要支护形式，在坑木支护简单加固巷道后进行巷道砼顶维护。（3）、矿区现未用或很少用的支护形式有支架支护及锚杆及喷射混凝土支护（竖井、餐厅除外）。矿区现在支护的两种形式基本能满足要求，坑木维护与钢筋混凝土支护相结合，这是传统的方式，但的安全费用高、工艺复杂，支护速度慢与生产实际要求速度有差距。目前为止，对巷道进行支护仍是保证正常生产和的安全基本手段。由上可见，明确巷道使用的特点及其的承压支护的目的对策、维护的指导思想，才能合理的优化支护参数，正确选择支护形式及支护材料，取决于巷道围岩性质、压力大小、巷道的服务年限、用途及巷道的断面形状等因素，切实减少费用，保障安全。但矿区现在基本上没有新工艺及使用新材料，通过革新相信能够改善矿区安全支护的一些弊端，引入多元化安全支护手段可根据现场实际进行安全支护类别的选择，如在高岭土化区域，通过喷射混凝土对暴露的区域封闭，比现有的钢筋混凝土应当效果更好，部分岩体稳定性较好区域的冒顶片帮的处理，采用锚杆支护应当能够达到支护效果。在提高安全支护质量前提下，支护费用也要低。另外加强管理提高安全支护质量也是降低支护成本有效途径。降低维护成本的同时，也就提高了采矿经济效益。2016年6月25日