礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術

羅勇軍

(金誠信礦業管理股份有限公司, 北京 101500)

礦建工程中特殊硐室的軟巖支護技術

羅勇軍

(金誠信礦業管理股份有限公司, 北京 101500)

在我國，礦建工程的深度的不斷增加，硐室支護和礦井的軟巖巷道的加固變得越來越重要，單純的提高支護強度已經無法解決硐室和軟巖巷道的支護問題。基于此，對礦建工程中特殊硐室軟巖支護技術進行了探討。

礦建工程；特殊硐室；軟巖支護技術

1 工程概況

某副井井筒設計凈徑6.5 m，井深660 m，地表絕對標高為+176 m，管子道底板絕對標高-443.860 m(井深619.860 m)，位于井筒東側，平臺段支護長度3 m，凈寬4.2 m，掘進高度4 m，拱高1.4 m(三心拱)，斷面面積18.434 m2，基礎深0.4 m，支護厚度0.4 m，砼標號C30。中段馬頭門底板絕對標高-454 m(井深630 m)。該馬頭門為雙側對開，分別位于副井井筒北側和南側，單側支護長度6 m，凈寬5.5 m，支護厚度0.4 m，拱高1.833 m(三心拱)，基礎深0.4 m，砼標號C30。信號及操作控制室：布置在北側馬頭門東側，支護長度3 m，凈寬3.0 m，凈高3.0 m，支護厚度0.4 m，鋪底厚0.1 m，砼標號C30。人行繞道：凈寬度0.8 m，墻高1.8 m，拱高0.4 m(半圓拱)，基礎深0.4 m，支護厚度0.4 m，砼標號C30。-350 m中段石門：北側石門凈寬4.35 m，凈高3.45 m，噴射混凝土支護，噴射厚度0.1 m，強度等級C20；南側石門凈寬4.2 m，凈高3.6 m，噴射混凝土支護，噴射厚度0.1 m，強度等級C20。根據業主提供的副井井筒地質資料顯示，馬頭門巖性為閃長巖，巖層基本穩定，在近期井筒施工過程中涌水量有所增大，-428 m處實測涌水量51.899 m3/h。施工過程中嚴格執行《副井“長探短掘”安全技術措施》。

2 硐室部分的掘進方法

在對硐室部分進行挖掘時，使用Φ32×200 mm的巖石乳化炸藥、0.5 s延期導爆管，并使用發爆器進行起爆，選擇井口20 m以外的位置作為起爆點，并利用起爆針和放炮電纜相連接的方法將導爆管引爆，鑿巖使用YT-28風鉆配Φ22中空六角鋼鉆桿和Φ40 mm鉆頭炮眼的深度控制在2.0～2.2 m。

3 硐室的支護方式及施工工藝

3.1 臨時支護及一次支護

管子道、井筒623.5～630 m段、馬頭門及相關硐室掘進過程中采用錨網噴臨時支護，馬頭門采用M22×2000 mm左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，間排距1000 mm×1000 mm，矩形布置；每根錨桿使用2支錨固劑，1支K2550，1支Z2550，錨固長度為1 m；錨桿托板采用δ8 mm鋼板加工，規格為150 mm×150 mm；錨桿均使用配套標準阻尼螺母緊固。錨固力不得小于120 kN。錨桿打設要先按設計要求打好錨桿孔，孔深大于錨桿全長100 mm為宜(深度2100 mm)，用風鉆將錨桿頂入眼內，使錨桿托盤緊貼巖面。管子道及井筒部分視巖石情況可采用DN42×1800 mm管縫錨桿配合金屬網進行錨網噴臨時支護，錨桿盤用δ8 mm鋼板加工，規格為150 mm×150 mm，間排距為1000 mm×1000 mm，錨固力不得小于60 kN。金屬網采用φ6.5 mm的圓鋼焊制，網片規格為2000 mm×1000 mm，網格為100 mm×100 mm，網要壓岔搭接，搭接長度為100 mm，相鄰兩塊網之間用12號鐵絲連接，連接點要均勻布置，間距200 mm。噴射砼的強度等級C20，噴射厚度50 mm，采用PO425硅酸鹽水泥、河砂(含水率4%～6%)、石子粒徑(5～10 mm)，配和比為水泥∶石子∶砂∶水=1∶1.79∶2.92∶0.52。在集中攪拌站將水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水攪拌均勻后，用灰罐送到井下。

3.2 永久支護

使用標號為C30的混凝土對井筒部分進行支護，支護厚度為400 mm，混凝土材料為中粗砂、PO425硅酸鹽水泥、顆粒直徑1～3 cm的石子，并根據各個指標的要求對含泥量和級配進行控制，拌合用水不可以含有油污、堿、酸物質。同時信號、馬頭門、操作控制室、繞道也都分別使用混凝土進行支護。

3.3 砼配比、制作和運輸

經過試驗確定出混凝土的實際配合比例為水泥∶砂∶石∶水=1∶1.79∶2.92∶0.52，每立方混凝土材料用量水泥385 kg，砂690 kg，碎石1125 kg，水200 kg。在集中攪拌站將水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水攪拌均勻后，用灰罐送到井下。井筒與馬頭門連接處同時澆注段的砼直接入模，相關硐室人工入模。

4 支護工藝

4.1 錨桿安裝工藝

(1) 鋪金屬網、打錨桿眼。打眼時，要先對巷道的斷面情況進行檢查，及時處理不符合規定標準的施工作業，要對頂幫圍巖的情況進行檢查，查找危巖和活矸，確保安全后將錨桿的眼位點出，并進行鉆眼，保證鉆孔深度誤差在100 mm以下，眼向誤差要在15°以下[1]。錨桿眼打好后，對眼中的積水和巖粉進行清理，鋪設金屬網時，要保證其和巖面緊貼。錨桿穿過金屬網網格布設，確保錨桿托盤壓網。要按照先頂后幫、從外到內按順序進行施工。

(2) 錨桿安裝。安裝錨桿前，先使用壓風把孔中的巖粉清理干凈，清理中孔中的積水，然后把2塊樹脂錨固劑送入眼底，把錨桿套上托盤插入錨桿眼內，使錨桿頂住樹脂錨固劑，用風鉆及安裝器卡住螺帽，然后開動風鉆。要保證錨固劑攪拌的均勻性，攪拌時間控制在25～45 s，并按照先慢后快的方法進行攪拌，在錨桿達到設計的深度后，要停留15 s左右，最后對錨桿施加預緊力，擰緊力矩要在120 N?m[2]以上。錨桿支護后使用噴漿進行封閉，初噴厚度50 mm，每300根錨桿做一次拉力試驗，分別抽查測試頂部和兩幫之間的錨桿的錨固拉力。

4.2 噴射混凝土

(1) 準備工作。首先按照設計要求對錨索安裝、錨桿安裝和金屬網鋪情況進行檢查，及時處理遇到的問題，對施工現場的矸石雜物進行清理，將風、水管路接好，保證接頭的緊密性，不允許使用非抗靜電的塑料管作為輸料管。對噴漿機的完好性進行檢查[3]。巖面要經過高壓風水清洗后才可以進行噴射，分別在兩幫、兩肩和巷道的拱頂設置標志。

(2) 噴射混凝土的工藝要求。按照先墻后拱，從墻基開始自下而上進行噴射，噴頭呈螺旋狀運動，一圈壓半圈反復運動噴射。保持受噴面和噴頭的垂直，噴槍頭和受噴面的垂直距離要控制在0.8～1.0 m之間。噴射時，噴漿機的供風壓力在0.4 MPa，水壓應比風壓高0.1 MPa左右，加水量憑射手的經驗加以控制，最合適的水灰比是0.4～0.5。一次噴射混凝土厚度30～50 mm。

(3) 噴射工作。噴射工作開始前，對噴漿管路要進行檢查，施工完成后，將噴頭卸掉，對噴漿機和水環上的材料和灰漿進行清洗，噴射的過程中，不允許將噴射槍頭對著施工人員，當出現堵塞故障時，要將噴口朝下握緊噴口。

(4) 噴射質量。噴射前要對浮矸和巖幫進行清理，確保噴射的均勻性，不允許有裂縫出現。

5 支護工程的質量控制標準

5.1 錨噴支護工程的質量控制

嚴格控制錨桿孔的深度和排距，深度偏差范圍要控制在0～+50 mm，排距允許偏差為±100 mm，托盤外，錨桿外漏≤50 mm。錨固劑和錨桿都要有合格證，錨固劑出場日期要在允許使用范圍之內。錨桿安裝必須牢固，托板密貼壁面，未接觸部位必須楔緊[4]。錨固力樹脂錨桿要在120 kN以上。

5.2 砼支護工程的質量控制

水泥、骨料、水、外加劑質量符合設計要求。立井半徑0～+50 mm合格，0～+30 mm優良。機電硐室中線至任一幫距離0～+50 mm合格，0～+30 mm優良，腰線至頂底板距離0～+50 mm合格，0～+30 mm優良。井壁厚度局部-50 mm合格，不小于設計值優良，硐室壁厚度局部-50 mm合格，不小于設計值為優良。砼表面無裂縫、蜂窩、孔洞、露筋為優良[5]。接茬平整度立井≤30 mm，硐室≤15 mm。砼強度達到設計規定，任一組試塊不低于設計85%。

6 結 論

對于軟巖中出現的特殊硐室來說，在設計和施工的過程中，要對軟巖的膨脹性、可塑性、流變性進行全面詳細的考慮。考慮到硐室有特殊的用途，不可以對其反復進行修整。所以，要先使用剛柔耦合的支護技術將高應力軟巖地壓完全進行轉化，然后在最合適的時間段再次進行支護。在支護的過程中，不可以多度的強調放壓，當放壓到一定的程度時，要選擇合理的支護連接方法，從而對圍巖的位移進行控制，對于特殊的機電硐室來說，高應力軟巖底板是一個不容忽視的薄弱環節。試驗證明，在底板中布置錨索進行二次支護，是一種很有效的軟巖巷道支護方法。

[1] 曹 忠,蒲志強,劉德利.極厚煤層巷道支護方案設計研究和實踐[J].山東煤炭科技,2008(3):89-90.

[2] 施現院.劉汝江,張為民,等.錨網索噴支護技術在大型機電硐室的實踐[J].山東煤炭科技,2008(2):131-132.

[3] 曹 忠,蒲志強,劉德利.極厚煤層巷道支護方案設計和實踐[J].采礦技術,2008(6):67-68.

[4] 張 明,周士磊.軟巖大斷面硐室采用聯合支護技術施工實踐[J].煤炭科學技術,2003(9):46-47.

[5] 張孝洪.二次支護技術在礦井深部巷道施工中的應用[J].江西煤炭科技,2007(3):122-123.

2013-09-26)

羅勇軍(1976-)，男，工程師，本科，主要從事采礦技術研究工作，Email:543800337@qq.com。.