破碎軟巖巷道超前錨桿加固試驗(yàn)研究

孫偉 宋登學(xué) 楊八九等

摘 要：超前支護(hù)是一種常見(jiàn)的巷道支護(hù)方式。某礦山巷道在施工過(guò)程通過(guò)松散、破碎地段時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)生冒落、垮塌等現(xiàn)象，影響了礦山的正常生產(chǎn)。本文將超前支護(hù)技術(shù)應(yīng)用到該礦山的巷道支護(hù)中，通過(guò)超前支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得到了適合該礦山的支護(hù)工藝參數(shù)，通過(guò)試驗(yàn)表明超前支護(hù)技術(shù)能夠有效的控制巷道掘進(jìn)過(guò)程中冒落、垮塌問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：超前支護(hù);加固;巷道;破碎

在某礦山掘進(jìn)支護(hù)中，存在不少松散、破碎地段，巷道開(kāi)挖后的冒落、跨塌等災(zāi)害成為巷道掘進(jìn)的困難因素之一，同時(shí)，帶來(lái)嚴(yán)重的安全威脅。因此，開(kāi)展超前支護(hù)技術(shù)加固技術(shù)研究具有重要的意義。在松散、破碎花崗巖巖體的巷道施工中，超前錨桿預(yù)支護(hù)是一種行之有效的新型支護(hù)結(jié)構(gòu)。它與普通錨桿的本質(zhì)區(qū)別在于安裝程序的不同，普通錨桿是在巷道掘進(jìn)一段距離之后開(kāi)始安裝，而超前錨桿則在開(kāi)挖之前先裝好[1，2]。開(kāi)挖完成后，馬上施加普通垂直錨桿支護(hù)或噴射混凝土支護(hù)，能有效防止巷道頂部掉塊。本文針對(duì)某礦破碎巷道支護(hù)需求，開(kāi)展了超前支護(hù)試驗(yàn)研究。

1超前支護(hù)試驗(yàn)工程概況

某礦1725m東巷花崗巖巷道段施工完后，繼續(xù)向前掘進(jìn)時(shí)，遇到了一段花崗巖與大理巖的破碎接觸帶。巷道頂板圍巖巖性主要為：褐色、棕色礦化大理巖夾淺灰色，巖石稍破碎;褐色礦化大理巖夾白色層狀大理巖及白色、灰褐色方解石，巖石稍破碎。

這種巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，縱橫交錯(cuò)貫通，原巖被切割成碎塊，而且互不膠結(jié)。在掘進(jìn)時(shí)冒頂經(jīng)常發(fā)生，頂板最高冒落高度可達(dá)2～4m。原支護(hù)采用木支護(hù)，這種施工方法，不但進(jìn)度緩慢，而且消耗大量木材，安全又難以保證。根據(jù)這種實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，課題組提出了運(yùn)用超前支護(hù)原理、采用撞楔法施工通過(guò)破碎巖層。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)實(shí)踐證實(shí)，這種方法施工工藝簡(jiǎn)單，安全快速，節(jié)約木材。是類(lèi)似地質(zhì)條件和支護(hù)條件下較穩(wěn)妥的支護(hù)方法之一。

2撞楔法及其適用條件

撞楔法又稱(chēng)插板法和板樁法，是指巷道掘進(jìn)遇上松軟破碎巖層時(shí)，在已架好的棚子上先打一排金屬撞楔，強(qiáng)行插入破碎巖層中、擋住頂板或兩幫的碎石渣，以確保在工作面出渣時(shí)的安全，不讓巷道周?chē)乃绍浧扑閹r石涌入工作面的一種方法。撞楔法主要適用于撞楔容易打入的松軟不穩(wěn)定巖層，如斷層破碎帶、流砂層、含水砂層、極易風(fēng)化的粉狀巖石、粘性小的土和砂礫層，但這些松散破碎巖石中不能有較多的堅(jiān)硬巖塊，以免影響打入撞楔。

3 超前支護(hù)試驗(yàn)施工

試驗(yàn)采用的撞楔法施工工藝過(guò)程為：施工準(zhǔn)備—鉆孔—安裝楔子—撞擊楔子至設(shè)計(jì)深度—架設(shè)支架—出渣—架設(shè)支架至0.5～1.0m處—開(kāi)始下一施工循環(huán)。

（1）施工準(zhǔn)備：施工前清理冒落區(qū)的巖渣，將巷道斷面適當(dāng)擴(kuò)大，準(zhǔn)備好楔子、支護(hù)用支架等。施工用楔子采用2#鋼管，長(zhǎng)3.0m，直徑40mm，為便于施工，將鋼管一頭做平，一頭做尖。

（2）鉆孔并安裝楔子：用風(fēng)鉆按照設(shè)計(jì)要求打眼，沿頂板一側(cè)向另一側(cè)依次打眼，間距為30～50cm，鉆孔直徑41-43mm，鉆孔深度在3.5m，鉆眼完成后，將鋼管楔尖的一端插入鉆孔中。為確保楔子預(yù)支護(hù)圍巖效果，頂部眼向上傾斜7～100，以利施工。嚴(yán)格執(zhí)行鉆孔質(zhì)量驗(yàn)收制度，孔位、角度和深度與設(shè)計(jì)相差較大的要求重打。

（3）撞楔：在鋼管楔子平的一端用木頭隔住，用大錘撞擊木頭使鋼管沿鉆孔方向前進(jìn)。在撞擊鋼管楔子時(shí)，應(yīng)盡量使其前進(jìn)至設(shè)計(jì)深度，楔子在鉆孔外留30～50cm，以便與支架聯(lián)結(jié)。

（4）架設(shè)支護(hù)及出渣：支架采用梯形斷面或三心拱斷面，在本次施工中，采用梯形斷面。頂板方向一根，兩幫各一根，具體見(jiàn)撞楔法施工示意圖。架設(shè)木棚的順序?yàn)椋合仍谝粠图茉O(shè)一根圓木，然后橫向再架一根圓木，讓鋼管外留端與橫向架設(shè)的圓木緊密接觸，當(dāng)頂部鋼管外留端與橫向架設(shè)的圓木空隙比較大時(shí)，可在橫向架設(shè)的圓木上再沿巷道中心線方向架設(shè)圓木，再橫向架設(shè)第三層圓木頂住鋼管外留端，最后在巷道的另一幫架設(shè)第三根圓木，即頂梁。圓木與圓木如果連接不牢固時(shí)，可使用抓釘將圓木接觸處釘牢。清渣工作是在打完撞楔后進(jìn)行的，清渣的順序是，先清兩側(cè)掏出柱窩，立好柱腿，接著在頂梁的位置上邊掏邊維護(hù)，掏出架設(shè)梁的空間后，隨即上梁，然后再清理巷道中間部分的巖渣。當(dāng)木棚向前架設(shè)到0.5～1.0m距離以及清完撞楔下部的巖碴后，開(kāi)始打第二排鉆孔，并撞鋼管楔，架設(shè)木棚，如此循環(huán)。

4 超前支護(hù)試驗(yàn)效果分析

在1725m松散、破碎花崗巖掘進(jìn)中，采用超前支護(hù)技術(shù)成功克服冒落高、圍巖破碎的不利條件，從而快速、安全、可靠的通過(guò)了冒落區(qū)。在施工中，基本解決了冒落問(wèn)題，安全條件得到了極大改善，達(dá)到了預(yù)期效果。通過(guò)實(shí)踐證明，該技術(shù)措施是相應(yīng)地質(zhì)、技術(shù)條件下通過(guò)破碎冒落區(qū)的有效方法之一。

5 結(jié)論

本文針對(duì)某礦山軟巖破碎巷道開(kāi)挖易發(fā)生變形、垮塌的問(wèn)題，開(kāi)展了超前支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）采用撞楔法施工工藝進(jìn)行超前能夠順利通過(guò)破碎軟弱巷道區(qū)域。

（2）采用超前支護(hù)能夠有效控制巷道的垮塌，降低巷道返修率，提高巷道穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧康宇，武騰飛.孤島工作面回采巷道的破壞機(jī)理及端頭超前支護(hù)技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2016，43（03）：67-70.

[2]李強(qiáng)，歐陽(yáng)院平，王明年.軟弱圍巖隧道洞口段超前支護(hù)的三維數(shù)值分析[J].鐵道建筑，2005（03）：32-34.