井巷掘進(jìn)在破碎巖層中施工體會(huì)

【摘要】目前松湖鐵礦井巷工程正處于基建期，巷道掘進(jìn)及支護(hù)工作為目前采礦系統(tǒng)形成中重點(diǎn)工作，根據(jù)松湖鐵礦地質(zhì)概況，松湖鐵礦井巷工程平硐施工中在破碎巖層中采用超前錨桿臨時(shí)支護(hù)的方法，按照弱爆破、短掘進(jìn)、早支護(hù)的方法完成巷道掘進(jìn)支護(hù)工作。

【關(guān)鍵詞】破碎巖層；超前錨桿預(yù)支護(hù)

一、地貌

區(qū)域?qū)僦猩絽^(qū)，侵蝕作用強(qiáng)烈，山勢(shì)陡峭，地勢(shì)南高北低，海拔高程2200～2900m，切割深度600～1000m，山脊多呈尖頂狀或緩頂狀，南北向溝谷發(fā)育，多呈V型谷，泉水出露，水系發(fā)育，坡大流急。在海拔高程2200～2500m之間，生長(zhǎng)有云杉森林，形成林帶，草本植被發(fā)育。

二、圍巖特征

主礦層（體）直接頂板為灰紫色凝灰質(zhì)粉砂碎裂安山質(zhì)火山角礫巖及中-細(xì)粒蝕變安山質(zhì)凝灰?guī)r。角礫巖主要由火山角礫、巖屑、火山塵構(gòu)成，火山角礫結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造?；鹕浇堑[：含量約75%，呈尖棱角狀、棱角狀，粒徑2～15mm，成分單一，由安山巖組成，巖屑：含量15%，呈棱角狀，粒徑0.8～2mm，成分同角礫；火山塵：含量10%，已脫玻蝕變?yōu)殡[晶狀長(zhǎng)英質(zhì)，綠簾石、綠泥石集合體。受應(yīng)力作用，巖石較為破碎，不規(guī)則裂隙發(fā)育，寬0.04～1.2mm，內(nèi)分布微粒狀石英、碳酸鹽，含量25%左右。

直接頂板之上，發(fā)育有安山質(zhì)角礫巖屑凝灰?guī)r、巖屑晶屑凝灰?guī)r等，局部可見(jiàn)灰白色生物碎屑微晶灰?guī)r。安山質(zhì)角礫巖屑凝灰?guī)r主要由晶屑、巖屑、火山角礫、火山塵組成，晶屑含量約15%，底板巖性主要為灰綠色凝灰質(zhì)砂巖，局部可見(jiàn)含砂微晶粉晶生物碎屑灰?guī)r。巖石裂隙發(fā)育。礦體中夾石巖性主要為凝灰質(zhì)粉砂巖、含鐵凝灰質(zhì)粉砂巖（含鐵凝灰質(zhì)粉砂巖中含少于20%的全鐵，包括磁鐵礦、黃鐵礦、鏡鐵礦等，以磁鐵礦居多）。

三、水文地質(zhì)特征

礦區(qū)位于阿吾拉勒山北麓山區(qū)水文地質(zhì)單元，地勢(shì)南高北低，海拔高程2600～2900m。阿吾拉勒山海拔高程1900～3500m，阿吾拉勒山以北為喀什河谷地，該區(qū)地下水接受大棄降水和雪融水補(bǔ)給，由南向北徑流，最終排泄于喀什河谷地和垂直蒸發(fā)?？κ埠庸鹊匚挥趨^(qū)域最低處，海拔高程1900m，是區(qū)域地表水流和地下水的匯水中心，即最低侵蝕基準(zhǔn)面。

1、礦床充水水源

礦區(qū)屬中山區(qū)，地勢(shì)南高北低，南北向溝谷發(fā)育，地形坡度較大，有利于自然排水。年降水量在500～600mm之間，巖石裂隙發(fā)育，泉水出露，水系發(fā)育。賦存有基巖裂隙潛水，地下水接受大棄降水和雪融水補(bǔ)給。當(dāng)巷道揭露礦體和圍巖時(shí)，基巖裂隙潛水便會(huì)涌入巷道，成為礦坑充水水源。

2、礦坑涌水量預(yù)測(cè)

礦床直接充水含水層以裂隙含水層為主。該區(qū)屬中山區(qū)，侵蝕作用強(qiáng)烈，地勢(shì)南高北低，降水豐沛，泉水出露，水系發(fā)育，坡大流急，地表水與裂隙含水層之間相互轉(zhuǎn)換。地下水接受大棄降水和雪融水補(bǔ)給。開(kāi)采礦體海拔高程2460m，位于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面（喀什河谷地最低侵蝕基準(zhǔn)面海拔高程1900m）以上，地形有利于自然排水，礦體的直接充水含水層為弱富水性，故礦床屬于以裂隙為主，頂板直接進(jìn)水，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單的裂隙充水礦床類(lèi)型。

礦坑預(yù)計(jì)涌水量：正常為520m3/晝夜，最大為650m3/晝夜。

四、超前錨桿預(yù)支護(hù)機(jī)理

超前錨桿預(yù)支護(hù)法是一種在軟弱圍巖中進(jìn)行掘進(jìn)的新技術(shù)。早起主要使用于隧道掘進(jìn)中，松湖鐵礦受?chē)鷰r地質(zhì)條件及涌水限制，掘進(jìn)中在穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌沙層起到了重要作用。由于預(yù)埋超前管棚做頂板及側(cè)壁支撐，為后續(xù)開(kāi)挖奠定了基礎(chǔ)，且安全性高、施工快，是解決冒頂最有效、最理想的施工方法。在軟弱地層部位拱部的小管棚，要形成通俗意義上的“棚”必須具備2個(gè)方面的條件：

（1） 是管間的軟弱圍巖能形成微拱；

（2） 是具有足夠數(shù)量能擴(kuò)散或傳遞圍巖壓力的桿件結(jié)構(gòu)。

松湖鐵礦各平硐在礦體下盤(pán)掘進(jìn)，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，且圍巖多呈層狀結(jié)構(gòu)，易塌坍。針對(duì)松湖鐵礦地質(zhì)條件，掘進(jìn)時(shí)采用超前錨桿預(yù)支護(hù)施工，超前錨桿是利用鋼拱架與沿開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，以較小的外插角，向開(kāi)挖面前方打入鋼管構(gòu)成的棚架來(lái)形成對(duì)開(kāi)挖面前方圍巖的預(yù)支護(hù)。其原理利用松弛荷載理論，穩(wěn)定圍巖有自穩(wěn)能力不產(chǎn)生荷載，不穩(wěn)定圍巖可能產(chǎn)生坍塌，需要人為給予支撐。

超前錨桿組合后產(chǎn)生組合作用，依靠錨桿將一定厚度的巖層組合到一起組合成拱或梁，確保巖層不滑動(dòng)或塌方，其中圍巖為承載主體，錨桿提供抗剪力，具有三位一體特性。

五、支護(hù)方法

掌子面開(kāi)挖后對(duì)于局部巖層極破碎地段，立即進(jìn)行初噴2-5cm左右混凝土封閉，待混凝土初凝后立即架設(shè)格篩拱架，對(duì)于圍巖極為破碎段使用（16#工字鋼）鋼拱架密集支護(hù)，拱架架設(shè)后就能承受?chē)鷰r荷載壓力起到支撐作用。拱架間距一般為0.8～1.5米，對(duì)于破碎段加密拱架間距，并使用Φ22鋼筋拉桿連接各拱架，在拱頂和兩幫上鋪設(shè)6mm鋼筋網(wǎng)片（網(wǎng)度10cm*10cm）并焊接網(wǎng)片與拱架接觸點(diǎn)，對(duì)拱架與圍巖之間空區(qū)使用硬質(zhì)雜木充填并接頂所有空區(qū)，在拱架拱頂及拱腿處垂直巖面打6～8個(gè)40孔（具體視圍巖穩(wěn)固性定），孔形成后安裝管縫式錨桿，錨桿托盤(pán)焊接在拱架上，二次噴漿確保拱架?chē)鷰r形成一體，建立“圍巖一支 護(hù)”力學(xué)體系。

拱架支護(hù)完成后，利用手持鑿巖機(jī)進(jìn)行超前錨桿預(yù)支護(hù)，超前錨桿位置位于開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外圍，錨桿間距：30～40cm，錨桿傾角15°～20°，錨桿長(zhǎng)度目前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定一般為2～4米，以此類(lèi)推在圍巖破碎、軟弱帶進(jìn)行弱爆破、短掘進(jìn)、早支護(hù)循環(huán)工作。

結(jié)束語(yǔ)

松湖鐵礦井巷掘進(jìn)工程在破碎巖層中使用超前錨桿預(yù)支護(hù)與拱架聯(lián)合支護(hù)方法，效果明顯，確保了巷道施工中的穩(wěn)定性，保障了作業(yè)人員的安全，該方法借鑒隧道管棚超前支護(hù)，改進(jìn)了工藝流程適用于極為破碎巖層中掘進(jìn)使用。

參考文獻(xiàn)

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