地质构造区巷道掘进及回采围岩控制技术

　　1.地质构造区巷道掘进及回采围岩破坏机理分析
　　在没有开挖工程扰动的情况下，地质构造区岩体处于原始平衡状态，巷道掘进和采场的回采，打破了原始平衡状态，导致地应力的释放，从而引起岩体的变形和向自由面的位移，引起巷道和围岩应力的重新分布。围岩的过量位移和应力集中，将导致围岩局部或整体的失稳和破坏，这就是地压发生的过程和机理。地压和岩体的受力状态、岩体结构和质量、岩体物理力学性质、工程地质条件以及时间等因素有关。本文由论文联盟http://收集整理“地压显现”可以表现为各种不同的形式，如岩石变形、微观或宏观破裂、岩层移动、巷道底臌、片帮、冒顶、断面收缩、支架破坏、采场震落等。
　　1.1地质构造区的概念
　　地质构造是指地壳中的岩层地壳运动的作用发生变形与变位而遗留下来的形态。地质构造作用是指主要由地球内部能量引起的地壳或岩石圈物质的机械运动的作用。它使岩石发生变形的主要类型是褶皱和断裂，使岩石发生变位的方式有水平运动和升降运动。对于一个具体矿床，当选择了合理的采矿方法后，就要从地面掘进一系列巷道通达矿体，适当地采出有用矿物。当巷道掘进和矿体回采揭露地质破碎带时，常出现围岩垮落、巷道冒顶等安全事故。因此，对地质构造区围岩、巷道确定合理的支护方案，显得尤为重要。
　　1.2与岩层有关的地质构造区
　　巷道开挖位置一旦确定，其围岩结构状态就不再改变，地质构造区的岩层即为巷道维护的关健部位；另外，回采处于地质破碎带上的矿体时，常出现围岩跨落，采场顶板塌方等安全事故，必需对围岩和顶板采用适当的维护和加固措施。WWW.11665.COM
　　2.地质构造区巷道掘进及回采围岩支护技术关健技术手段研究
　　2.1探测技术
　　根据已知的地质资料，利用瑞利波探测仪，对可能出现地质构造区的岩层进行超前探测，分析探测区域内明显地质异常，明确地质异常属性、赋存位置，掌握构造带准确位置。当巷道掘进、矿块回采至构造区域破碎带一定距离时，施工破碎围岩巷道快速通过，对即将回采矿块时采取相应的控制技术。
　　2.2锚、注支护技术
　　从巷道围岩的支护和采场顶板及围岩的维护的全过程出发，考虑开挖后矿体或围岩对支护的动态力学响应。我们采用的巷道围岩及采空区控制技术，是将围岩及采空区看作传递和产生载荷的介质，同时也与各种在其内部或外部支撑的支护结构物构成统一的、相互作用的共同承载体[1]。通过注浆锚杆将破碎围岩注浆加固与打设全长锚固锚杆两种加固手段以及操作工艺流程有机结合，使“注、锚”一体化。
　　2.2.1锚注支护加固机理
　　(1)注浆锚杆注浆后，浆液封堵了围岩或矿体的裂隙，隔绝了空气，可以防止岩石风化，且能防止岩石被水浸湿后岩石本身的强度降低。
　　(2)注浆锚杆注浆后将松散破碎的岩石胶结，形成整体，提高了岩体的内聚力、内摩擦角及弹性模量，从而提高了岩体强度，其力学性能得到改善和提高，可以实现利用围岩或采场未采矿体本身作为支护结构的一部分。
　　(3)注浆锚杆注浆后使得喷层壁后充填密实，这样保证荷载能均匀地作用在喷层和支架上。避免出现应力集中点而首先破坏。
　　(4)利用注浆锚杆注浆充填岩体裂隙，配合锚喷支护，可以形成一个多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱及浆液扩散加固拱，使巷道围岩或采场未采矿体胶结成拱形连续体加固圈，扩大了支护结构的有效承载范围，使围岩沿径向挤压的围岩压力转换成切向压力，防止围岩松动范围进一步扩展。
　　(5)注浆后，使得作用到顶板上的压力能有效传递到帮，通过对两帮的加固，又能把荷载传到底板。由于组合拱厚度的加大，这样又能减小作用在底板上的荷载集中度，从而减小底板岩石中的应力，两帮稳定的情况下又能保持拱顶的稳定；顶板的稳定不仅仅取决于顶板荷载，在非破碎带中关键取决于两帮的稳定，因此注浆支护的又一个重点就是保证两帮与底板的稳定，从而保证整个支护结构的稳定。
　　(6)注浆锚杆本身为全长锚固的锚杆，通过注浆也使端锚的普通锚杆变成全长锚固锚杆，从而将多层组合拱联成一个整体，共同承载，提高了支护结构的整体性。
　　(7)注浆使锝支护结构面尺寸加大，围岩作用在支护结构上的荷载所产生的弯距减少，从而降低了支护结构中产生的拉应力和压应力，因此能承受更大的荷载，提高了支护结构的承载能力，扩大了支护结构的适应性。
　　(8)注浆后的围岩整体性好，与原岩形成一个整体，从而能在构造应力作用下保持稳定而不易产生破坏[2，3]。
　　2.2.2锚、注支护相关技术研究
　　通过锚喷支护，在掘进巷道和回采围岩表面形成喷层，改善了围岩与支架的受力状态，及时向围岩提供了支护抗力pi（径向力），使围岩表层岩体由未支护时的二向受力状态变为三向受力状态，提高了围岩强度，喷层的力学作用如下图所示：
　　喷层的力学作用及莫尔圆
　　喷层发挥自身对变形的调节作用逐渐与围岩协调变形，从而改变了围岩的受力状态，降低了围岩的压力，充分发挥围岩自承能力。
　　2.2.3锚、注支护施工工艺
　　气动双液注浆泵是锚注支护的关健设备。由于它具有使用轻便，环境适应力强，操作简单等优点，是目前井下注浆的理想设备。水泥、水玻璃双液浆加固定比例的特种围岩加固注浆泵以凝固速度快，成本低的特点，在矿井裂隙堵水治理中获得了广泛应用。通过对不同比例、材质的水泥、水玻璃浆液配比试验，最终确定硅酸盐水泥与水玻璃的合理配比，该浆液能在可挖时间内凝固，达到控制注浆范围，迅速胶结破碎围岩的效果。
　　3.地质构造区巷道掘进及回采围岩支护技术应用情况
　　地质构造复杂区域的开采、巷道围岩控制是影响矿井安全高效生产的主要制约因素。“锚、注”支护技术，在许多矿山长期应用。为矿区深部巷道快速掘进及采场回采顶板和围岩控制解决了实际问题，以最少的成本、工期投入，取得了非常理想的效果，
　　4.锚、注支护技术中应注意的问题
　　(1)当地质破碎带在巷道掘进和采场回采被揭露出来时，为防止围岩和顶板大面积跨落、冒顶等安全事故的发生，应在尽量短的时间内，先撬除顶板与两帮的浮石，对顶板与围岩打锚杆、注浆，从根本上改变围岩力学特性，减少围岩变形，提高自承能力。
　　(2)要对注浆材料(水泥、水玻璃)的质量把关，选用符合要求、优质的水泥和水玻璃，以保证注浆后，能迅胶结破碎区围岩。
　　(3)要合理把握锚杆的施工网度，建议排距为0.8米，间距为1米。前排锚杆与后排锚杆交叉布置，建议使用的锚杆长度在2米以上。
　　综上所述，锚、注支护技术在实际运用中，有许多问题需要完善。尽管如此，在深部采掘工程中，对地质构造区巷道掘进及回采围岩进行“探、锚、注”支护不失为一种有效的技术方案。从提高围岩强度角度出发，该技术方案科学合理，能取得良好的支护效果和较大的经济效益。对类似条件下巷道掘进及回采围岩控制有一定的参考作用。