“探、注、锚”地质构造区巷道围岩控制技术.pdf

第 2 1卷第 1期 2 0 1 2年 1月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE V0 1 ． 21．No ．1 J a n ． 2 0 1 2 “ 探 、注 、锚“地质构造 区巷道 围岩控制技 术 郑树权，李景涛 龙 煤集 团双 鸭 山分公 司东荣二 矿 ，黑龙 江 双鸭 山 1 5 5 1 4 2 摘要 针对 煤矿深部开采地质资料匮乏引起 的构造 区巷道掘 进及 围岩控制难题 ，提出了 “ 探 、注 、 锚”地质构造区巷道 围岩控制技术 ，将 物探 技术 与锚注支护有机结合起来 ，为煤矿地质 构造 区巷道 掘进 及围岩控制提供 了新 的理念及方法 。 关键词 地质构造区 ；超前探测 ；锚注支护 ；围岩控制 中图分类号 T D3 5 0 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 “ De t e c t i o n、 g r o u t i n g、 a n c h o r ’ ’t e c h n o l o g y o f c o nt r o l s u r r o u n d i n g r o c k i n a r e a o f g e o l o g y s t r u c t u r e ZHENG S h u q u a n，L I J i n g t a o Do n g r o n g No ． 2 Co l l i e r y o f S h u a n g y a s h a n M i n i n g Co ．， S h u a n g y a s h a n 1 5 5 1 4 2，Ch i n a Ab s t r a c t Di r e c t e d t o wa r d s t h e d i f f i c u l t p r o b l e m o f t u n n e l l i n g i n g e o l o g y a i r b e c a u s e o f d e e p mi n n i n g p i n c h g e o l o g y d a t e ， p r o p o s e t h e“ De t e c t i o n、 Gr o u t i n g、An c h o r ’’t e c h n o l o g y o f c o n t r o l s u r r o u n d i n g r o c k i n a r e a o f g e o l o g y s t r u c t u r e ． To c o mb i n e g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g t h e a n d g r o u t i n g a n c h o r i n g t e c h n o l o g y ， t O s u p p l y a n e w me t h o d o f c o n t r o l s u r r o u n d i n g r o c k i n a r e a o f g e o l o g y s t r u c t u r e ． Ke y wo r d s a r e a o f g e o l o g y s t r u c t u r e ；a d v a n c e d d e t e c t i o n；a n c h o r i n g a n d g r o u t i n g ； s u r r o u n d i n g c o n t r o l 由于缺乏可靠小 地质构造 资料 ，当巷道 掘进 盲 目揭露地 质破碎 带时 ，长 出现 围岩跨落 、巷道 冒顶等安全事故 ，影 响巷道 掘进施工安全技 术速 度 ，在围岩控制上 也只能待破 碎带 冒落稳定 后进 行 ，无有效可行办法 。且 目前双鸭 山矿 区地 质构 造发育区支 护方法 比较传统 ，一直 以架木垛 、工 字 钢 金 属 支 架 、U 型 金 属 支 架 为 主 ，工 程 量 大 ， 操作安全性 差 ，支 护结构稳 定性差 ，在受 到采动 应 力影 响后 易发 生支 护结 构破 坏 、 冒顶 等事 故 。 1 “ 探 、注 、锚” 支护 技术 理念 常规 巷道 围岩 的支护 理论 和 技术 更 多 的是仅 从 支 护前的巷 道工 程地 质 条件 出 发 ，采 用静 态 的 观点 分析 问题 ，很 少从 巷 道维 护 的全 过 程 出发 ，也很 少 考虑 开挖后 围岩 对 支护 的动 态力 学 响应 ，采 用 常规 支护时，巷道在整个维护期间稳定性都在降低 ，围 岩赋存状态始终处于劣化状态，因而很多软岩巷道 稳定性问题解决 的不够理想。2 0世纪 8 0年代以后 ， 巷道围岩控制技术快速发展，支护 围岩关系的认识 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 7 作者简介 郑树 权 1 9 6 2 一 ，男 ，黑龙 江 双 鸭 山人 ，高级 工 程 师，现任双 鸭山分公 司东荣 二矿矿长 。 更加深人，围岩不仅被看作传递和产生载荷的介质 ， 同时也是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 ] 。因此加固 围岩以改善和提高围岩本身的力学性能已成为支护 技术发展的主流 ，采用先进科学的维护技术能够改 善 或保持 围岩 的稳 定性 ，满足 工 程要 求 。本 课 题组 提 出 “ 探 、注 、锚”深部 破 碎 围岩 巷 道支 护 技术 原 理包括如下几个要点。 “ 探” 以探 测 为 先 导 ，对 巷 道 围 岩 进 行 预 探 ， 即在巷道掘进前通过钻 探、物探技术对巷 道 围岩 进 行超 前 探 测 ，以探 明 巷 道 掘 进 前 方 围 岩 变 化 情 况 ；当探测 出巷 道 掘 进 前 方 存 在 地 质 构 造 或 围岩 破 碎 时 ，以及 巷道 掘 进 后 由于 应 力 变 化 导 致 巷 道 围岩破碎时 ，通过 注浆 锚杆对破碎 围岩进 行注浆 加 固围岩 ，同时注浆锚 杆本身 的全长锚 固作用使 注浆后的破碎围岩承载能力 明显提高 。 “ 注”通过注浆技术 ，对破碎煤岩体进行注浆 加 固，使破碎围岩重新形 成稳定 的整体，人 为形 成一个承载 结构 ，改变 原有 破碎 围岩 力学 状态 ， 充分发挥煤 岩体的 自身承载 能力，在防止 围岩进 一 步破碎同时，达到控制围岩 目的。 9 4 中 国 矿 业 第2 1 卷 “ 锚”结合锚注支护技术，通过注浆锚杆[ 3 的 注浆加 固，形成全长锚 固，使破碎 围岩 内形成稳 定的全长锚 固结构 ，不仅在 注浆 锚杆长度范 围内 形成锚 固作用 ，同时通过 注浆体 扩大 了注浆锚杆 的锚 固范 围 ，增 强 了锚 杆 在 围岩 中 的 锚 固 能 力 ， 使 围岩与支护体之间形成更稳定 的整体 ，达到控 制破碎 围岩的效果 。 2 “ 探 、注 、锚 ”支 护技 术关键 技术 手段研 究 2 ． 1 探测技 术 利用瑞利波探 测仪，对巷道掘进 工作面进行 超前探测 ，分析 掘进前方 8 0 m 范围内明显地质异 常，结合地质资料 明确地质异常属性 、赋存位置 ， 掌握构造带准确位置。当巷道 掘进至构造 区破碎 带前一定距离时，施工破碎 围岩 巷道快速通过及 控制技术。 2 ． 2 锚 注支 护技 术 “ 探 、注 、锚 ”支护技术 中的 “ 注”和 “ 锚 ” 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 采用注浆锚杆注浆 ，可以利用浆液封堵 围 岩 的裂 隙 ，隔 绝 空 气 ，防 止 围 岩 风 化 ，且 能 防 止 围岩被水浸湿而降低围岩的本身强度。 2 注浆锚杆注浆后将松散破碎 的围岩胶结成 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 ，可以实现利用 围岩本 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 围岩 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， 形成的多层组合拱结构 ，扩大 了支护结构的有效 承载范围，提高了支护结构的整体性和承载能力。 5 注浆后使得作用在拱顶上 的压力能有效传 递到两墙，通过 对墙 的加 固，又能把荷 载传递到 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，减弱底板 的塑性变形 ，减轻底 朦。底板 的稳定 ，有助 于两墙 的稳定 ，在底板 、两墙稳定 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 于底 板和两墙 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L 4 ] 。 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 注浆使得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 的弯距减小 ，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_ 5 ] 。 2 ． 2 ． 2 锚注 施工工 艺 1 注浆施工机具。气动双液注浆泵 以其使用 轻便 ，环境适应力 强，操作 简单 等优点是 目前煤 矿井下注浆 的理想设备，但现有双液泵 的浆液 比 例是固定的，无法满足前述水泥一 水玻璃双液浆的 合理比例。通 过与镇 江煤 矿机 械有 限公 司协 调， 设计生产了适用于煤矿井下水泥一 水玻璃双液浆 固 定 比例的特种 围岩加 固注浆泵 ，是锚注支 护技术 的关键设 备 。 2 注浆材料。水泥一 水玻璃双液浆以凝固速度 快 ，成本低的特 点，在矿井裂 隙堵 水治理 中广泛 应用，通过对不同 比例 、材质 的水泥一 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 可控时 间内凝 固，达到控 制注 浆范围、迅速胶结破碎围岩的效果。 3 注浆施工工艺及系统。破碎围岩锚注施工工 艺流程图如图 1 所示 ，注浆系统组成如图 2 所示。 图 1 锚注施工工艺流程图 第 1 期 郑树权 ，等 “ 探 、注、锚”地质构造 区巷道 围岩控 制技 术 图 2注 浆 系统 示 意 图 3 “ 探 、注 、锚 ”地 质构 造 区巷 道 围岩 控 制技 术 应 用情况 双鸭 山矿 区多 数矿 井 开采 年 限 已达 3 O年 ，开 采深 度达 到 7 5 0 m，尤 其地 质构 造复 杂 区域 的煤矿 ， 巷道 围岩控制 是影响矿井安全高效 生产 的主要 制 约 因素 。“ 探 、注 、锚 ” 支 护 技 术 ，在 东 荣 三 矿 、 东荣 二矿 、安 泰 煤 矿 进 行 了长 期 应 用 ，为 双 鸭 山 矿 区深部 巷 道 快 速 掘 进 及 围岩 控 制 解 决 了实 际 问 题 ，以最少得成本 、工期投入 ，代替 了巷探及 传 统围岩加 固施工 ，取得了非常理想的效果。 4结 论 针 对 目前 深 部 开 采 矿 井 巷 道 围 岩 控 制 难 题 ， 尤其地质构造发育 区巷道掘进及 围岩控制 困难的 现 象 ，研 究 提 出 了 “ 探 、注 、锚 ”地 质 构 造 区 巷 道 围岩控制 技 术 ，在 双 鸭 山矿 区取 得 了成 功 应 用 ， 为煤矿解决 了生产技 术难题 ，是矿井 围岩控制安 全 、环保 、有效 、可靠的新技术结合 。 _ 参考文献 [1 ] 张农．巷道滞后注浆围岩控制理论 与实践 [ M] ．徐州 中 国矿 、 【 大 学 出版 社 ，2 0 0 4 ． 宋 晓辉．锚注加固软岩巷道 机理分 析及合 理注浆 时间 的确 定[ D] ．泰安 山东科技大学 ，2 0 0 6 ． 翟飞 飞．管式注浆锚 杆在软弱 破碎 围岩地下 边坡工程 中的应用 [ J ] ．隧道建设 ，2 0 0 7 8 4 4 2 4 4 4 王浩．回采 巷 道松 软破 碎 围岩注 浆加 固与 支护 技术 研究 I- D] ．徐州 中国矿业 大学，2 0 0 8 ． 王连 国，张志康 ，张金耀．高应 力复杂煤层 沿空巷道锚 注 支护数值模拟研究[ J ] ．采 矿与 安全工 程学 报 ，2 0 0 9，2 6 2 1 45 1 4 9 ． 孔一 凡 ，姬 阳瑞．动压 巷道锚 注加 固技术应 用研究[ J ] ． 煤炭科 学技术 ，2 0 0 6 ，3 4 8 3 2 3 5 ． 王连国 ，缪协兴 ，董建涛．动压 巷道锚 注支护数值模 拟研 究 [ J ] ．采矿与安全工程学报 ，2 0 0 6 ，2 3 1 3 9 4 2 ． 侯朝炯 ，郭宏亮．我 国煤巷锚杆支护技术 的发展方 向 [ J ] ． 煤炭学报，t 9 9 6 ，2 1 2 l 1 3 一8 ． 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 米 上 接 第 9 2页 5 结论 1 该矿矿石属块状 黄铁矿 型铜硫化 物矿石 。 以黄铁矿为 主，伴 生铜、金 、银 、铁等 多种金 属 的 ，是一 多 金 属 硫 化 矿 ，最 大 化 的 回 收 资 源 是 该 矿选 冶 的主 要 目的 。 2 本次 试 验 采 用 优 先 浮 选一 浮 选 尾 矿 磁 选 铁一 硫精 矿焙 烧 制 硫 酸一 硫 酸 渣 氰 化 浸 出 金 和 银 的 工 艺 流程达到了预期效果 。优先浮选 工艺流程结构 简 单 ，药剂种类及用 量少 ，指标 较好 ；浮选尾矿 经 弱磁 选选 别 ，可 获 得 符 合 国家 标 准 的铁 精 矿 ；硫 精 矿制 备硫 酸 后 的硫 酸渣 氰 化 充 分 回收 金 ，使 资 源得 到 充 分 回收 并 获 得 最 大 的 经 济 效 益 与 社 会 效益 。 3 试验最终 结果 铜 精矿 品位 2 O ． 3 9 ，铜 回收率 8 3 ． 4 1 ；硫精矿 品位 5 0 ． 8 5 ％，硫 回收率 9 3 ． 4 7 ；金 的总 回收率 8 O ． 8 1 9 ／ 6 ；银 的总 回收率 7 O ． 6 6 ；铁 精 矿 铁 品位 6 4 ． 4 4 ，铁 精 矿 含 硫 0 ． 7 5 的较 好指标 。 _ 参考文献 [1] 胡岳华 ，冯其 明．矿物资 源加工技 术与设 备 [ M] ．北 京 科学出版社 ，2 0 0 6 ． [2] 李崇德 ，孙传尧．铜硫浮选分 离的研究 进展 [ J ] ． 国外金 属矿选矿，2 0 0 0 8 2 5 ． [3] 朱建光．2 0 0 7年 浮选药剂 的进展 [ J ] ． 国外 金属矿选 矿 ， 2 0 08 4 3 1 0 ． ． [4] 选矿手册编辑 委员会．选矿手册 [ M] ．北京 冶金 工业出 版社 ，1 9 9 9 ． [5] 陈滨 ，唐娴 敏 ，唐庚年．焙烧一 氰化工艺处理含金硫 精矿提 高银 回收率 的研究 [ J ] ．贵金属 ，2 0 1 0 ，3 1 2 1 5 ．