破碎軟巖巷道超前錨桿加固試驗研究

孫偉 宋登學 楊八九等

摘 要：超前支護是一種常見的巷道支護方式。某礦山巷道在施工過程通過松散、破碎地段時經常會發生冒落、垮塌等現象，影響了礦山的正常生產。本文將超前支護技術應用到該礦山的巷道支護中，通過超前支護現場試驗得到了適合該礦山的支護工藝參數，通過試驗表明超前支護技術能夠有效的控制巷道掘進過程中冒落、垮塌問題。

關鍵詞：超前支護;加固;巷道;破碎

在某礦山掘進支護中，存在不少松散、破碎地段，巷道開挖后的冒落、跨塌等災害成為巷道掘進的困難因素之一，同時，帶來嚴重的安全威脅。因此，開展超前支護技術加固技術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，超前錨桿預支護是一種行之有效的新型支護結構。它與普通錨桿的本質區別在于安裝程序的不同，普通錨桿是在巷道掘進一段距離之后開始安裝，而超前錨桿則在開挖之前先裝好[1，2]。開挖完成后，馬上施加普通垂直錨桿支護或噴射混凝土支護，能有效防止巷道頂部掉塊。本文針對某礦破碎巷道支護需求，開展了超前支護試驗研究。

1超前支護試驗工程概況

某礦1725m東巷花崗巖巷道段施工完后，繼續向前掘進時，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。

這種巖層節理裂隙發育，縱橫交錯貫通，原巖被切割成碎塊，而且互不膠結。在掘進時冒頂經常發生，頂板最高冒落高度可達2～4m。原支護采用木支護，這種施工方法，不但進度緩慢，而且消耗大量木材，安全又難以保證。根據這種實際情況和經濟技術條件，課題組提出了運用超前支護原理、采用撞楔法施工通過破碎巖層。經過試驗實踐證實，這種方法施工工藝簡單，安全快速，節約木材。是類似地質條件和支護條件下較穩妥的支護方法之一。

2撞楔法及其適用條件

撞楔法又稱插板法和板樁法，是指巷道掘進遇上松軟破碎巖層時，在已架好的棚子上先打一排金屬撞楔，強行插入破碎巖層中、擋住頂板或兩幫的碎石渣，以確保在工作面出渣時的安全，不讓巷道周圍的松軟破碎巖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定巖層，如斷層破碎帶、流砂層、含水砂層、極易風化的粉狀巖石、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硬巖塊，以免影響打入撞楔。

3 超前支護試驗施工

試驗采用的撞楔法施工工藝過程為：施工準備—鉆孔—安裝楔子—撞擊楔子至設計深度—架設支架—出渣—架設支架至0.5～1.0m處—開始下一施工循環。

（1）施工準備：施工前清理冒落區的巖渣，將巷道斷面適當擴大，準備好楔子、支護用支架等。施工用楔子采用2#鋼管，長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：用風鉆按照設計要求打眼，沿頂板一側向另一側依次打眼，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。為確保楔子預支護圍巖效果，頂部眼向上傾斜7～100，以利施工。嚴格執行鉆孔質量驗收制度，孔位、角度和深度與設計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。在撞擊鋼管楔子時，應盡量使其前進至設計深度，楔子在鉆孔外留30～50cm，以便與支架聯結。

（4）架設支護及出渣：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，具體見撞楔法施工示意圖。架設木棚的順序為：先在一幫架設一根圓木，然后橫向再架一根圓木，讓鋼管外留端與橫向架設的圓木緊密接觸，當頂部鋼管外留端與橫向架設的圓木空隙比較大時，可在橫向架設的圓木上再沿巷道中心線方向架設圓木，再橫向架設第三層圓木頂住鋼管外留端，最后在巷道的另一幫架設第三根圓木，即頂梁。圓木與圓木如果連接不牢固時，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行的，清渣的順序是，先清兩側掏出柱窩，立好柱腿，接著在頂梁的位置上邊掏邊維護，掏出架設梁的空間后，隨即上梁，然后再清理巷道中間部分的巖渣。當木棚向前架設到0.5～1.0m距離以及清完撞楔下部的巖碴后，開始打第二排鉆孔，并撞鋼管楔，架設木棚，如此循環。

4 超前支護試驗效果分析

在1725m松散、破碎花崗巖掘進中，采用超前支護技術成功克服冒落高、圍巖破碎的不利條件，從而快速、安全、可靠的通過了冒落區。在施工中，基本解決了冒落問題，安全條件得到了極大改善，達到了預期效果。通過實踐證明，該技術措施是相應地質、技術條件下通過破碎冒落區的有效方法之一。

5 結論

本文針對某礦山軟巖破碎巷道開挖易發生變形、垮塌的問題，開展了超前支護現場試驗，得到以下結論：

（1）采用撞楔法施工工藝進行超前能夠順利通過破碎軟弱巷道區域。

（2）采用超前支護能夠有效控制巷道的垮塌，降低巷道返修率，提高巷道穩定。

參考文獻：

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

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