金属矿山深部开采围岩破碎巷道联合支护技术应用探究

宋波

身份证：42062619930516255X

摘要：随着金属矿山开采深度持续递增，深部巷道普遍面临高地应力、围岩破碎软弱、构造裂隙发育、采动扰动剧烈等复杂地质工况，巷道极易出现片帮、冒顶、底鼓及持续大变形等失稳灾害，严重制约深部矿山安全高效开采。传统单一锚网、钢架支护模式仅能实现表层被动防护，无法修复深部破碎围岩结构、抵御高地应力持续挤压作用，支护失效、巷道反复返修问题突出。为解决深部破碎巷道支护难题，本文系统分析深部破碎围岩变形破坏机理，梳理传统支护技术的核心短板，针对性提出适配深部高应力破碎工况的“锚网喷+深浅层注浆+钢拱架强化”联合支护技术体系，明确技术原理、施工流程与关键参数。结合矿山工程实践验证联合支护应用效果，结果表明，该技术可有效重构破碎围岩整体性、均衡巷道应力分布、抑制围岩持续变形，大幅提升巷道长期稳定性，减少返修工程量。研究成果可为深部金属矿山破碎巷道围岩控制、灾害防控与安全生产提供可靠的技术参考，具备较强的工程实质性应用价值。

关键词：金属矿山；深部开采；破碎围岩；巷道支护；联合支护；围岩稳定性控制

一、引言

国内金属矿山资源开采已全面进入深部开采阶段，开采深度普遍突破800m，部分矿区深度超1000m。深部岩体在地应力、构造应力、采动应力多重耦合作用下，岩体完整性大幅下降，巷道围岩呈现破碎松散、裂隙贯通、自稳能力极差的特征，相较于浅部开采，具有变形量大、变形持续时间长、底鼓突出、失稳突发性强等特点。深部破碎巷道失稳不仅会造成设备损毁、作业中断，还极易引发顶板垮落、围岩坍塌等重大安全事故，是制约深部金属矿山绿色、安全、高效开采的核心技术难题。

现阶段多数深部金属矿山仍沿用传统单一锚网支护或简单钢架支护模式，支护理念偏向表层被动约束，无法对深部破碎裂隙岩体进行胶结加固，难以有效抵消高地应力的持续挤压作用，导致巷道支护后变形持续发展、支护构件开裂失效，需要频繁返修加固，大幅增加矿山运维成本与安全风险。联合支护技术依托多技术协同互补优势，兼顾表层防护、深部加固、应力调控、结构强化多重功能，能够适配深部破碎围岩复杂受力与变形特征，是当前深部巷道围岩控制的主流技术方向。基于此，本文深入探究深部破碎巷道变形机理，优化联合支护技术体系与施工工艺，验证工程应用成效，为同类矿山围岩治理提质增效提供实践支撑。

二、深部破碎巷道围岩破坏机理及传统支护短板

2.1 深部破碎围岩失稳破坏机理

深部金属矿山巷道围岩破碎失稳是地应力、岩体结构、采动扰动多因素耦合作用的结果。首先，深部高地应力环境下，巷道开挖打破原有岩体应力平衡状态，围岩应力快速重分布，周边岩体产生强烈挤压剪切作用，原生裂隙持续扩展、贯通，形成大范围破碎松动圈，岩体整体性与承载能力彻底丧失。其次，金属矿山多存在复杂地质构造，断层、破碎带、软弱夹层发育，围岩本身胶结性差、裂隙密集，开挖后自稳周期极短，极易瞬时松散垮落。最后，矿山持续采掘产生的循环采动扰动，会不断冲击破碎围岩，加剧围岩疲劳损伤，引发巷道持续性大变形、帮部片落、底板鼓胀等病害，形成“破碎—变形—失稳”的恶性循环。

2.2 传统支护技术核心短板

传统单一支护技术适配性不足，无法满足深部破碎巷道长效稳定需求。单一锚网支护锚固深度有限，仅能加固巷道表层围岩，对深部破碎松动圈无加固作用，高地应力作用下极易出现锚杆脱锚、网片撕裂问题；单纯钢拱架支护刚度有余、韧性不足，仅能被动承受围岩压力，无法改善围岩自身力学性能，围岩持续变形后易出现钢架扭曲、支护失效；常规喷射混凝土支护仅能封闭表层围岩，无法封堵深部裂隙，水汽、井下潮湿空气易渗入岩体内部，加速岩体风化破碎，长期支护效果极差。各类单一支护技术功能单一、短板突出，无法实现深部破碎巷道全方位、长效化围岩控制。

三、深部破碎巷道联合支护技术体系构建

结合深部破碎巷道变形破坏特征与传统支护短板，遵循“先封闭控裂、后注浆固本、再锚网加固、钢架强化兜底”的分级协同支护原则，构建“喷射混凝土封闭+深浅层注浆加固+锚网主动支护+U型钢拱架被动强化”的一体化联合支护体系，实现主动加固与被动防护结合、表层封闭与深部胶结互补，从根本上提升围岩整体承载能力。

第一步，初喷混凝土封闭围岩。巷道开挖成型后立即开展初喷作业，喷射厚度控制在30～50mm，快速封闭裸露破碎围岩，封堵表层裂隙，隔绝井下潮湿空气与岩体接触，阻止表层碎岩脱落、裂隙进一步扩展，为后续注浆、锚杆施工提供安全作业基础，有效缩短围岩无支护暴露时间。

第二步，深浅层差异化注浆加固。针对巷道围岩破碎松动圈范围大、深部裂隙发育的特点，采用深浅孔组合注浆工艺。浅孔注浆封堵表层贯通裂隙，加固浅层松散岩体；深孔注浆深入围岩松动圈深部，填充内部隐蔽裂隙，将松散破碎岩体胶结为整体，重构围岩自身承载结构，大幅提升岩体强度与整体性，从源头抑制围岩持续变形。注浆压力根据围岩破碎程度动态调整，保障浆液充分渗透、无空洞残留。

第三步，锚网索主动支护补强。注浆体凝固后，布设高强度螺纹钢锚杆、预应力锚索配合钢筋网形成主动支护体系，加密支护网格、提升锚固深度，将表层加固岩体与深部完整稳定岩体紧密锚固，形成一体化承载拱结构，主动抵消围岩挤压应力，约束围岩径向、切向变形，弥补注浆加固后表层抗拉、抗剪能力不足的短板。

第四步，钢拱架被动兜底强化。在锚网注浆支护基础上，间隔布设U型钢拱架，与锚网索、注浆岩体紧密贴合，形成刚性支撑结构，承受围岩残余应力与采动扰动荷载，针对巷道顶帮、底板薄弱区域重点强化，抵御高地应力瞬时冲击，杜绝巷道大变形与突发垮落风险，实现动静荷载全方位防控。

四、工程应用效果分析

将本次联合支护技术应用于某深部金属矿山850m中段破碎巷道工程，通过为期6个月的现场围岩变形监测，对比传统支护与联合支护的应用效果。数据显示，采用传统支护的巷道围岩顶帮累计变形量最大达182mm，底鼓变形量超120mm，支护构件多处出现扭曲、脱锚现象，每2～3个月需开展一次返修作业。应用联合支护技术后，巷道围岩变形得到有效控制，顶帮累计变形量稳定控制在40mm以内，底鼓变形量低于25mm，变形速率快速收敛并趋于稳定，无片帮、冒顶、支护失效等问题发生。

同时，联合支护体系彻底解决了传统支护反复返修的难题，巷道成型规整、围岩整体性优良，支护结构长期运行稳定，大幅减少了巷道返修人力、物力投入，有效提升了巷道通行效率与作业安全性。相较于传统支护模式，联合支护通过改造围岩自身力学性能，实现了“围岩自承载+支护强约束”的协同控稳效果，适配深部高地应力、强破碎、多扰动的复杂工况，支护可靠性、长效性显著提升。

五、结论

深部金属矿山破碎巷道失稳本质是高地应力、破碎岩体与采动扰动耦合引发的结构破坏，传统单一支护技术无法兼顾表层防护与深部加固需求，支护稳定性差、返修率高、安全隐患突出。本文构建的多维度联合支护技术体系，通过初喷封闭、注浆固本、锚网补强、钢架兜底的分级协同施工工艺，有效重构破碎围岩整体性，均衡巷道应力分布，充分发挥围岩自承载能力与人工支护的协同防护优势，可精准解决深部巷道大变形、片帮冒顶、支护失效等行业痛点。工程实践表明，该联合支护技术适配深部金属矿山复杂破碎地质工况，围岩控制效果显著、施工可行性强、经济效益与安全效益突出，能够有效保障深部巷道长期稳定与矿山连续安全生产。研究成果可为同类深部金属矿山破碎巷道支护优化、围岩灾害精准防控提供成熟的技术借鉴，对推动深部采矿工程安全提质、技术升级具有重要的实践意义。

参考文献

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