PDF下载
矿山井巷工程新型锚网支护技术研究

焦东

中国华冶科工集团有限公司安徽杜达分公司,安徽六安,237000

摘要: 井巷工程的冒顶、片帮等安全隐患为井巷施工带来了极大的困难。本文以江西省贵溪市冷水坑矿田银珠山矿区铅锌银矿项目探矿斜井-240m巷道作为工程背景,进行现场试验对比了传统锚网支护与新型锚网支护两种支护方式的优缺点及对应经济效益,结果表明:柔性钢丝网柔塑性好、施工贴壁良好,且强度高、耐腐蚀,其通过铰链的方式编织而成,抗拉抗剪能力均大于焊接的钢筋网,且经济小于良好,柔性钢丝网实现机械化施工的前景更好,有助于实现井下支护装备技术锚网一体化、智能化步。
关键词: 井巷工程;新型锚网支护;围岩控制;现场对比试验
DOI:10.12721/ccn.2022.157227
基金资助:
文章地址:

国民经济与金属矿产资源的开采量正相关,而每个国家所拥有的金属矿产资源的量是有限的,从而使得我国金属矿产资源短缺的形势日益严峻。我国金属矿床的开采从开始的露天开采转地下开采再转变为地下开采转深部开采1-2。随着开采深度的不断增加,巷道围岩的受力状况也逐渐变得相对复杂,由浅部开采的不力或一维方向受力逐渐转变为二维方向或者三维方向的受力。支护体系的所提供的强度不能适应高地应力情况而出现局部巷道垮塌、冒顶的现象3-4。巷道的支护效果不良不仅造成了一定的人员和财产损失,而且对于巷道作业人员的安全也具有一定的隐患性5。

矿山系统中井巷工程作为矿山基建工程的重要组成部分扮演着非常重要的角色,而在井巷工程中冒顶、片帮作为常见的安全隐患为井巷施工带来了极大的困难6-7。目前国内为了预防解决冒顶片帮带来的安全隐患,在巷道的施工过程中遇到岩石结构较差的情况时多采用锚网支护来锁住松动的岩石,因此开发一种提高支护作业效率、随掘随支,同时锚网一体并具有足够承载力,保障人员在支护后的环境下安全作业的新型锚网支护形式尤为重要8-9。

为解决存在决冒顶片帮等问题,提出了一种新的柔性护巷技术。对该技术及其相关支持参数进行了详细分析和解释。此外,由银珠山矿业主管部门牵头、布鲁克(成都)支持、中国华冶配合进行了现场试验。本文的研究结果可为柔性钢丝网锚网喷支护的应用提供一定的理论和技术补充,同时扩大该技术的适用范围。

1 传统支护方式问题分析

目前银珠山矿业井下支护采用素喷砼支护、φ6mm点焊钢筋网片锚网喷支护、钢拱架喷浆支护等方式。

(1)素喷砼支护

岩性较好巷道采用素喷砼支护,喷砼厚度为5~10cm。φ6mm点焊钢筋网片锚网喷支护:岩性较差巷道采锚网喷支护,树脂锚杆、φ6mm点焊钢筋网片、喷砼5~10cm相结合支护。钢拱架喷浆支护:岩性极差或遇破碎带处采用钢拱架加喷浆支护。现场施工一般6m为一个喷砼支护周期,喷砼加养护时间为8小时,效率较低,时间成本较高,影响施工作业循环进尺。

(2)φ6mm点焊钢筋网片锚网喷支护

先采用树脂锚杆进行钢筋网片挂网支护,再进行第一层5cm厚喷砼支护,待下一个爆破循环进尺后再进行第二层5cm厚喷砼支护,效率较低,时间成本较高,同时爆破对钢筋网冲击较大,导致钢筋网片脱焊,整个钢筋网片散落;φ6mm点焊钢筋网片,其点焊强度有限,在锚网施工过程中由于钻机冲击力非常容易导致锚杆托盘处钢筋网焊点脱落,锚杆与网片之间作用力降低,无法达到应用支护效果,存在较大安全隐患,尤其是在喷砼覆盖后,形成永久隐蔽性隐患,同时临近工作面不能及时支护,工人暴露在裸岩下工作,安全风险较大。

2柔性钢丝网网支护试验

研究了一种高效、高强、安全柔性钢丝网锚网喷支护方式,该方式能够提高支护作业效率、随掘随支、同时锚网一体并具有足够承载力,保障人员在支护后的环境下安全作业。由银珠山矿业主管部门牵头、布鲁克(成都)支持、中国华冶配合进行了现场试验。现场锚网施工人员6人,3台YT28钻机同时进行锚杆孔及挂网施工,历时2小时,完成65-4/1.8*10m,合计18平米,33根锚杆施工。

3 柔性钢丝网支护效果评价

3.1经济效益分析

柔性钢丝网锚网喷支护整体材耗均比钢筋网支护材耗少。柔性钢丝网柔塑性好,施工贴壁良好,据其它矿山使用经验,免喷,或少喷砼量,喷砼厚度2cm用于防治岩石风化即可;且柔性钢丝网轻便,可使用大规格网片施工,搭接少,每平方米耗材少(仅1.54kg),网片在施工过程中进行了裁剪,分割成两张1.8*5m网片,在一张完成施工后,在采用缝合方式把两张网片缝合起来,形成整张网片,便于施工的同时也保证了其整体性,同时减少搭接浪费;施工时锚杆网度控制在1.5m×1.5m即可,锚杆消耗少。每平方米材料成本大幅度降低,大大节约了成本。

同时,由于掘进速度的加快,现场工人的工作效率将大幅度的提高,而各种辅助工作如通风、排水、压气、供电及管理费也均有一定的减少。此外,掘进速度的加快有利于矿山采掘平衡,确保矿井正常生产。对新建巷道而言,不仅可以减少巷道支护费用投资,还可以缩短工期,从而使得整个矿山的综合经济效益因此而提高。

3.2安全性分析

对矿山巷道已完成锚网支护的观测,锚网支护效果较好,巷道的围岩的稳定性在此种支护方案下较高,围岩的变形相对之前所采用的支护方式而言相对较小,巷道顶板和两帮冒落的岩石掉落在金属网兜里未造成人员伤亡,给作业人员提供安全的作业环境,增加作业人员的工作积极性,并使作业人员全身心地投入到生产当中,从而提高了工作效率。

3.3 工作时效分析

根据了解使用钢筋网片支护18m2需4人花费2小时;柔性钢丝网试验支护18m2,派6人花费2小时,但根据试验现场的情况,打锚杆33根,且第一次使用存在不熟悉情况,后期优化锚杆使用数量所需人工及时间预计与钢筋网片不分上下;柔性支护网具有防腐性,可以采用不喷浆或减少喷浆厚度,在喷浆上采用柔性钢丝网将比使用钢筋网片节约时间;因此,总体上采用柔性钢丝网将更节约支护综合时间。可降低矿山巷道的支护成本可。根据国外锚网喷施工实例,若有条件采用锚网台车进行施工,柔性钢丝网实现机械化施工的前景更好。

3.4 该方案不足之处探讨

1.当巷道不规整时,虽然可以缩小网片规格以提高贴壁性,但当网片规格缩小时,相应的搭接就越多,锚杆密度相应需加密,会导致防护网及锚杆耗材增加,支护成本相应会增加。

2.经现场挂网试验,柔性钢丝网规格越大,施工时需要辅助的人工就越多。但柔性钢丝网挂网为初次施工,人员对施工流程还不熟悉,基本靠人工支撑网片,后续可考虑使用撑杆支撑网片,减少人工辅助。

3.现场施工所采用树脂锚杆初期锚固效果不太好,由于高强柔性钢丝网极具弹性,当锚杆压入孔内随着钻机退出锚杆被带出,导致锚固效果不佳。

4 结论

柔性钢丝网柔塑性好、施工贴壁良好,且强度高、耐腐蚀,其通过铰链的方式编织而成,抗拉抗剪能力均大于焊接的钢筋网,且经济小于良好,达到控制巷道围岩的进一步变形。所采用高强度金属网不仅能抵抗锚杆间破碎岩块的碎胀压力,还能防止由于碎落岩块的掉落而引起围岩塑性区的进一步发展所产生的局部地区围岩冒落;柔性钢丝网实现机械化施工的前景更好,有助于实现井下支护装备技术锚网一体化、智能化步。

参考文献:

[1]孙显腾.思山岭矿深竖井施工方法及井壁围岩稳定性分析[D].东北大学,2015.

[2]崔秀平.竖井施工及井壁支护[J].科技传播,2012,4(14):145-146.

[3]高云喜,路增祥.建井过程中井壁的破坏原因分析与修复[J].有色金属(矿山部分),2006(01):33-35.

[4]程力,王剑波,赵杰,王玺,李桂林.思山岭竖井井壁围岩控制与支护优化[J].金属矿山,2018(07):74-77.

[5]张志强.新型锚杆锚网支护技术应用[J].福建建材,2021(11):82-83+88.

[6]王瑞杰. 基于高预应力的柔性锚固支护技术研究[D].中国矿业大学,2019.

[7]陈绪文,黄磊,邹逸伦.岩爆隧道柔性支护快速施工技术[J].隧道建设(中英文),2018,38(07):1212-1219.

[8]杨锡祥,韩悦,刘宁,周发陆,王少勇,张小刚.软岩巷道锚网喷支护技术研究[J].矿业研究与开发,2018,38(06):11-15.

[9]蔡海燕. 新型锚网支护在高应力矿山中的试验研究[D].西南科技大学,2015.

作者简介:焦东(1995.10.15),男,满族,籍贯:辽宁铁岭,助理工程师,学历:本科,研究方向:矿业工程,单位:中国华冶科工集团有限公司安徽杜达分公司。