国外硬岩矿山岩爆倾向巷道支护方法

wangdong1989 · 发表于 2013-1-6 11:28

   矿业资料中，对于高应力有岩爆倾向条件下的巷道支护，由于具有动力破坏的特点，因而不能完全采用常规的巷道静态破坏条件下的支护经验。国外的深井硬岩矿山在岩爆巷道支护方面研究起步较早，已积累了较为丰富的经验，处于国际先进水平的、有代表性的国家有南非、前苏联、加拿大、美国、智利等国，这些国家有岩爆倾向条件下巷道支护技术简介如下。
   在前苏联，有岩爆倾向的矿山目前开采深度一般在700 m~1 500 m 左右，岩爆灾害程度为弱岩爆和中等强度岩爆。有岩爆倾向的巷道支护方式有改进的普通锚喷支护、喷射钢纤维支护、柔性钢支架支护、锚喷网＋柔性钢支架联合支护等形式。特别值得一提的是前苏联在有岩爆灾害巷道中采用喷射钢纤维支护研究方面取得了较好的效果，并在一些矿山得到推广应用，如北乌拉尔铝土矿。研究资料表明，在喷射混凝土中掺入直径为0.25～0.4mm，长度为20～30mm的钢纤维(掺量为每立方米混凝土80～100kg)，可以明显改善喷射混凝土的力学性能，如抗压强度提高50%，抗拉强度提高50%～80%，抗弯强度提高60%～100%，韧性提高20～50倍，抗冲击性能提高8～30倍，其优良的抗拉、弯、抗冲击性能及耐热性能、高韧性等方面的特点，使得它很适宜于岩爆条件下的支护。
   在美国, 有关岩爆支护方面的经验主要来自于爱达荷(Idaho)州Coeurd’Alene地区的矿山，岩爆支护一般为常规支护形式的改造，如通过加密锚杆之间的间距、增强锚杆的强度和变形能力、改善金属网之间的搭接方式及其变形能力等。比如，Lucky Friday矿在有岩爆倾向巷道中主要的支护形式为间距0.9m，长2.4m 的树脂高强变形锚杆(Dwyidag 锚杆)和链接式金属网，并配置中等间距的管缝式锚杆，这种联合支护形式可以抵御中等强度的岩爆。
   在智利，关于岩爆支护方面的经验来自于El Tenienle 矿, 该矿主要是采用砂浆高强变形钢筋锚杆(类似于Dwyidag 锚杆)并配置链接式金属网，必要时喷上混凝土。金属网间距为100mm×100mm，锚杆长度则视具体情况不同进行调整。
在加拿大，为了控制岩爆带来的破坏，从二十世纪90年代初期开始，以加拿大 Laurentian大学的岩石力学研究中心为主，进行了为期5年的硬岩矿山岩爆灾害条件下岩体支护设计研究，并在这些研究工作的基础上编制了加拿大岩爆支护手册。通常支护系统的选用一般是根据开挖空间的跨度、岩体质量和所设计区域内的静态应力水平选择的。如果预测到岩爆活动可能会发生，则选择增加支护系统的强度，一般通过增加锚固单元来实现。在极端条件下，如出现严重岩爆危险或开挖空间非常重要，才考虑使用钢索带的支护方式。通过研究和试验，加拿大将有岩爆倾向巷道的支护设计分成三个支护强度不同的类级：
   类级1：采用无砂浆胶结的机械式端锚锚杆，通常配以链接式网或焊接式网有时也用木垫板作为托盘托住金属网。其典型的支护形式为：机械式锚杆长为1.8m，直径16mm，以1.2m×0.75 m的间距安装，金属网为6号铁丝网，网孔为100mm×100mm，在一些矿山还采用了镀锌的链接式网(网孔呈菱形布置，间距为50mm×50mm)以防止腐蚀。
   类级2：在类级1支护系统的基础上增加锚杆的密度和锚杆的长度，增强锚杆的变形能力，增大金属网的覆盖面积或增加网丝的直径，以及增喷混凝土等，以提高支护系统的支护能力，它适用于岩爆危险性比类级1高的区域。例如在类级1支护方式基础上再加上直径为20 mm、长118～214 mm的树脂浆变形预应力锚杆，以适中的间距锚入岩体作进一步加固。或者将金属网布置到边帮的下部(离底板1m)或在边帮再安装管缝式锚杆等。
   类别3：采用非加固围岩的方法，即采用钢索带(Cable lacing)支护，它适用于高岩爆危险区。有代表性的支护形式为采用7股16 mm直径的钢绳用作索带，锚固件呈菱形花形式布置，间距为1.5m×1.2 m，锚杆采用软钢(mild steel 低碳钢)，直径为16 mm，用砂浆锚入孔内，在外露的端部弯曲。
   南非是迄今为止在岩爆研究领域取得成就较大的国家。他们研究岩爆支护的主要对象是针对3 000 m以下的大深度支护问题。此时的原岩应力高达100MPa以上，这样的高应力值范围已超过围岩的强度极限，巷道主要表现为大变形破坏。南非金矿岩爆巷道常用的支护方式有锚杆这类固定支护和金属网、喷网、索带等这类柔性支护，对喷射混凝土支护抑制岩爆的作用也作了较深入的研究。
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