秦桂展 邱小建

(1.淮北市安全生产监督管理局；2.安徽太平矿业有限公司)

安徽太平矿业松软围岩支护方法研究

秦桂展1邱小建2

(1.淮北市安全生产监督管理局；2.安徽太平矿业有限公司)

针对安徽太平铁矿井下矽卡岩等松软岩体、浅部采空区多等开采多种不利因素，分析了巷道变形破坏的原因，提出全面治理采空区与超前支护、锚网喷、U型支架加底梁的联合支护方法，保证了巷道顺利通过矽卡岩等松软岩体，且在施工后不发生较大的破坏变形。

采空区治理 松软岩体 联合支护

安徽太平铁矿矿体赋存于碳酸盐岩的接触带上和碳酸盐岩夹层内，区域构造线方向以北北东向为主，矿体埋藏深度-90～-950 m，目前主要开采-300 m 以上水平，二期工程正在-530 m中段改扩建。矿床成因属接触交代型铜、铁矿床，在风化带内的矿体多呈松散状假象赤铁矿，风化带以下的矿体顶底板岩石多为矽卡岩、蛇纹岩、蚀变闪长玢岩，大理岩次之。岩浆侵蚀所形成的破碎带岩石稳定性极差，给巷道掘进、支护和维修带来诸多不利影响。根据该矿的围岩特性和矿体储量大小，采用上向水平分层尾砂充填采矿法。

浅部品位高、储量大资源已被民营企业开采完，而且没有进行充填，造成-300 m以上中段采空区千疮百孔，残采采动影响大，岩体稳定性差，巷道变形严重，维修量大，原有裸巷、架棚及锚网喷支护方式已不能满足生产要求。此外，随着采深的增加，深部开采区域矿体也受到上部采空区影响，新掘巷道顶板破碎，支护难度大，成本高，掘进速度慢，冒顶片帮事故时有发生，给矿井安全生产带来重要影响。

1 矿井原支护方法分析

安徽太平铁矿自建井以来，一直受地压大的困扰，虽然经过矿优化巷道设计，在不稳定围岩巷道掘进与修护过程中采用目前较为常用的锚网喷或架梯型棚支护法，但在巷道施工3～5月后开始变形，1 a后巷道严重变形。主要表现为：①巷道顶板破碎开裂，梯形棚梁被挤压弯、顶板浆皮碎石冒落；②棚腿被挤压向内偏斜变形,巷道断面变小；③巷道底鼓造成轨道破坏，不能顺利通车,轨道运输能力下降；④通风断面变小，巷道维修量增加，给矿井安全生产带来重大安全隐患。

(1)从支护形式分析。锚网喷支护能在巷道上方形成压力拱，能够发挥围岩自身强度等优点，但由于围岩整体强度差，管缝式锚杆在松软岩体中锚固力不高，再加上施工队伍的素质不高，不能做到光面爆破，巷道成形差，不能形成有效的压力拱，实际支护效果不好；梯型棚金属支架具有较高的初撑力、能够提供较大的抗压能力，但梯型棚梁的弹性变形小，不足以有效持续抗压，特别是动压冲击，实际支护效果不理想。

(2)从矿山压力分析。造成巷道破坏的原因主要有：-220 m中段以上的不合理开采，且没有及时接顶充填，造成其下开采时上部岩体整体性破坏；采空区预留的不规则矿柱承受集中应力的作用，引起附近及深部矿体地压增大。

(3)从岩石性质分析。围岩容易破碎的主要原因有：①紧贴矿体的矽卡岩岩性松软，易风化，如果揭露后不能及时有效支护，长期暴露在空气中遇水产生膨胀变形，特别是在巷道淋水大的区域，围岩表面易松软破碎，矽卡岩膨胀，挤压锚喷层，导致锚喷层破裂；②矽卡岩强度低，厚度大，管缝式锚杆在松软岩体中锚固强度不高，锚杆长度不够，不足以穿过矽卡岩达到稳固岩层内，再加上采动和爆破等动压冲击，最终导致巷道顶板来压，顶梁被压弯，锚喷层破裂，碎石冒落。

安徽太平铁矿井下巷道变形破坏的原因是多方面的，采用传统的支护方法已不能解决井下目前所面临的难题，需将采空区治理与支护相结合，有效提高支护的科学性和有效性。

2 采空区治理

按照先急后缓、先治后采的原则，对原先的生产系统进行维修改造，利用坑探、钻探等手段对-220 m 以上中段采空区进行全面摸排，根据摸排结果编制采空区综合治理方案，并组织专家对治理方案的可行性进行了论证。另外在新风井新建了充填搅拌站，利用选矿厂尾砂和高效尾砂固结剂搅拌而成的充填砂浆，对井下全部采空区进行接顶充填，最后根据充填效果再进行残采和深部资源采掘工作。

3 巷道支护方法改进

经过考察研究，巷道过矽卡岩等松软岩体支护采用超前锚杆、锚网喷、U型支架加底梁相结合的支护方法。超前锚杆预先布置在掘进、修护巷道的前端，深入矽卡岩，对巷道顶板进行超前支护，增加前端矽卡岩的稳固性，防止爆破后巷道顶板冒落；利用锚网支护减少矽卡岩在空气中的暴露时间，减少岩石风化程度，提高巷道围岩的整体强度；利用U型支架受力结构好、可伸缩变形大、能够承受较大顶板来压等特点，保证巷道不会发生较大的变形，有效防止底鼓现象的发生。超前锚杆支护布置形式见图1。

图1 超前锚杆支护布置形式示意

在每次爆破后，先进行敲帮问顶，然后立即素喷一层厚约2 cm的混凝土，打超前支护锚杆。采用管缝式锚杆，长度3 m，围岩特别破碎的情况下采用4 m 加长锚杆，锚杆倾角不大于20°，根据顶板情况每排布置10～20根，排间距1 m。紧接着打 2.5 m 全长锚固螺纹钢锚杆、挂网，上盖板，采用18#螺纹钢，行、排间距0.6～0.8 m；再架U型支架，铺设底梁，最后喷厚约10cm的混凝土，U型支架间距为1m，拱架顶、帮部充填坑木，保证拱架与巷帮紧密接触，使支架能发挥支撑作用，防止浆皮碎石掉落伤人。巷道每施工一节轨道长度后，浇筑混凝土，铺设永久轨道。U型支架加底梁、锚网喷联合支护方式如图2所示。

图2 U型支架加底梁、锚网喷联合支护示意

目前，该支护已在矽卡岩等松散岩体-530，-480 m 等中段巷道掘进过程中实施，巷道不但安全顺利通了矽卡岩等松软岩体，并且在使用1 a内巷道没有出现明显的变形。该矿计划在-220，-180 m 等中段修护和沿空掘巷中推广应用。

4 结 语

①采空区充填能有效减少动压冲击对其下部岩体的影响，提高巷道围岩的整体稳定性;②超前锚杆支护解决了巷道过矽卡岩等松软岩体顶板随掘随垮的难题，适合安徽太平矿业的井下特殊地质条件;③在巷道掘进修护过程中，及时做到“短掘短支，一炮一支”，减少围岩在空气中的暴露时间和巷道围岩的风化程度，有效防止冒顶事故的发生;④锚网喷、U型支加底梁架联合支护方法，能够有效解决地压显现地段巷道变形破坏的技术难题，保证了巷道的长期稳固;⑤超前支护采用管缝式锚杆，施工速度快，成本低，永久支护采用螺纹钢锚杆，全长锚固，有效提高了锚杆在松软围岩中的锚固强度。

2014-09-18)

秦桂展(1974—)，男，工程师，235000 安徽省淮北市孟山北路56号。