超前管棚支護(hù)技術(shù)在礦山斷層破碎帶中的應(yīng)用探討

錢運(yùn)秋

（中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151）

在礦山建設(shè)和生產(chǎn)的過程中，開展掘進(jìn)工作時(shí)常常會需要穿過多種不同類型的斷層結(jié)構(gòu)。這些斷層結(jié)構(gòu)由于長時(shí)間受到周圍礦山及地殼運(yùn)動(dòng)的影響，因此會進(jìn)一步形成裂隙帶，部分?jǐn)鄬佑捎谑艿絼×业牡貞?yīng)力作用，因此還會形成破碎帶、巖石軟化帶等[1]。由于這些特殊地質(zhì)構(gòu)造的存在，造成了礦山建設(shè)難度成倍增加。近幾年來，隨著礦山巷道施工工程的相關(guān)技術(shù)水平不斷提升，出現(xiàn)了一種全新的超前管棚支護(hù)技術(shù)，將其應(yīng)用于礦山施工建設(shè)當(dāng)中，不僅提高了礦山施工的效率，同時(shí)還在一定程度上保障了施工人員的人身安全和礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，本文開展超前管棚支護(hù)技術(shù)在礦山斷層破碎帶中的應(yīng)用探討研究。

1 基于超前管棚支護(hù)技術(shù)的礦山斷層破碎帶支護(hù)方案設(shè)計(jì)

1.1 礦山斷層破碎帶超前鉆孔探查

在對礦山斷層破碎帶進(jìn)行支護(hù)處理的過程中，其首要工作為：對破碎帶進(jìn)行超前鉆孔，并根據(jù)孔洞位置，對其進(jìn)行探查處理，通過此種方式掌握支護(hù)地區(qū)內(nèi)的相關(guān)環(huán)境特性[2]。在進(jìn)行探查的實(shí)際過程中，可使用水平掘進(jìn)方式，在發(fā)生斷層的區(qū)域進(jìn)行鉆孔探查點(diǎn)的選擇，在圈定位置后，對其水平位置進(jìn)行70.0m～80.0m的挖進(jìn)，與此同時(shí)，使用鉆探設(shè)備，對完成初步挖進(jìn)的斷層。以蘇州市雞籠山鉛鋅銀礦鉆孔施工為例，對其進(jìn)行鉆孔探查的研究，此地區(qū)在進(jìn)行此步驟施工的過程中，選定的鉆孔初步定位為2.0個(gè)，工程對于探查深度的需求為大于或等于225.0m，按照上述提出的步驟，進(jìn)行工程鉆孔探查。

在完成對工程與區(qū)域地質(zhì)的鉆孔探查處理后，整理此次探查的結(jié)果。當(dāng)施工隊(duì)在進(jìn)行向前挖進(jìn)的過程中，距離巷道87.3m～92.8m處為區(qū)域礦山斷層，在斷層內(nèi)再次向前挖進(jìn)，約3.0m～4.0m位置處，便可以達(dá)到可循斷裂帶（位置在巷道深處95.0m～100.0m處）。在對此鉆孔點(diǎn)進(jìn)行持續(xù)深入探查的過程中發(fā)現(xiàn)，其中102.5m～105.9m處，為斷層內(nèi)的嚴(yán)重?cái)嗔褞Вㄟ^鉆頭前端的傳感設(shè)備反饋的信息，可以顯著的看出此層中，斷裂帶內(nèi)礦石以泥漿組合成分為核心構(gòu)成，在對此區(qū)域結(jié)構(gòu)進(jìn)行勘查的過程中，斷裂帶在此部分的結(jié)構(gòu)較脆弱，即存在一定程度的坍塌可能性[3]。在對此區(qū)域進(jìn)行持續(xù)挖進(jìn)的過程中，由前端傳感器反饋的數(shù)據(jù)可知，鉆頭前端不斷有水體深處，滲出的水體，最高質(zhì)量可高達(dá)2.50t。上述提出的步驟為探查流程，在完成此步驟操作厚，規(guī)范處理多種鉆探設(shè)備，并將圈定的鉆孔位置內(nèi)進(jìn)行注漿處理，避免水體隨著斷裂層滲出，在確保孔洞被完全密封后，完成對此步驟的施工行為。

1.2 礦山斷層破碎帶超前鉆孔注漿加固

在完成對斷層破碎帶的鉆孔探查處理后，上文提出了應(yīng)對區(qū)域鉆孔位置進(jìn)行回填與注漿處理，通過此種方式確保對區(qū)域環(huán)境的恢復(fù)。在此過程中，應(yīng)設(shè)計(jì)泥漿加固孔、后期加固檢驗(yàn)孔與持續(xù)探查孔[4]。其中泥漿加固孔是為了在區(qū)域內(nèi)澆筑泥漿所圈定的，此孔洞需要保持與鉆探最深位置保持連通，通過此種方式確保灌漿行為的有效性。后期加固檢驗(yàn)孔是在完成對泥漿的加固后，對區(qū)域地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)所提出的，常規(guī)情況下，加固檢驗(yàn)孔在地區(qū)內(nèi)不低于3.0個(gè)，不多于8.0個(gè)，在保障可對地區(qū)地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行有效檢測的基礎(chǔ)上，避免對礦山斷層破碎帶造成二次損壞。同樣以上文提出的市政工程作為研究實(shí)例，在其進(jìn)行超前鉆孔探查過程中，施工方共設(shè)置了8.0個(gè)泥漿加固孔，其鉆進(jìn)工程共掘進(jìn)450.0m深。結(jié)合工程支護(hù)需求，在對此工程進(jìn)行支護(hù)處理的過程中，工程施工方共出入了45.55t的水泥泥漿進(jìn)行加固，并在區(qū)域設(shè)置了4.0個(gè)注漿口。在完成對區(qū)域的注漿處理后，分別在4.0個(gè)注漿口位置處，設(shè)置了5.0個(gè)加固檢驗(yàn)孔，其中4.0個(gè)加固檢驗(yàn)孔緊鄰注漿口，剩余1.0個(gè)加固檢驗(yàn)孔位于注漿的中心位置。

在完成對檢驗(yàn)孔的設(shè)定后，對其進(jìn)行斷裂層內(nèi)碎石塊粒度、碎石縫隙等多種因素的檢驗(yàn)，以此種方式分析注漿的最終效果。在此基礎(chǔ)上，從力學(xué)角度，對碎石空隙率的具體值進(jìn)行計(jì)算，并認(rèn)為只有碎石空隙率低于40%標(biāo)準(zhǔn)后，才能認(rèn)為灌漿加固行為的實(shí)施具備一定有效性。假定在此過程中，檢驗(yàn)得出碎石縫隙未能達(dá)到制定標(biāo)準(zhǔn)，需要對灌注泥漿的孔洞進(jìn)行震動(dòng)夯實(shí)，即排除泥漿中存在氣泡，并持續(xù)對其進(jìn)行加固處理，以此種方式完成對礦山斷層破碎帶的超前鉆孔注漿加固處理[5]。并要求施工方在進(jìn)行施工時(shí)，必須參照礦山工程標(biāo)準(zhǔn)文件執(zhí)行，只有確保本章提出步驟執(zhí)行有效的基礎(chǔ)上，才能確保支護(hù)行為的實(shí)施具備一定價(jià)值。

1.3 基于超前管棚支護(hù)技術(shù)的破碎帶支護(hù)

綜合上述操作，完成對礦山斷層破碎帶的實(shí)際調(diào)查后，針對其破碎帶的具體特征，引入超前管棚支護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對其破碎帶的支護(hù)。將鋼管作為支護(hù)材料，按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行鋪設(shè)，鋼管上鉆注漿孔，孔徑為?10mm，孔間距50cm，呈一字型布置。鋼管尾部2m不鉆孔作為止?jié){段，為提高鋼管的剛度和強(qiáng)度，鋼管內(nèi)增設(shè)4根?20mm螺紋鋼筋組成的鋼筋籠，其主要目的是為了放置在進(jìn)行掘進(jìn)過程中斷層破碎帶結(jié)構(gòu)上的碎石脫落，形成對巷道施工的超前支護(hù)。采用功率相對較大的鉆機(jī)在斷層破碎帶上進(jìn)行打孔，并將鋼管支護(hù)材料插入并注漿，以此形成一個(gè)相對完整且強(qiáng)度較高的管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)。圖1為超前管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 超前管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 中A表示為礦山斷層破碎帶上的巷道底板；B表示為礦山斷層破碎帶上的巷道底拱；C表示為鋼管支護(hù)材料；D表示為I20a型工字鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)。針對不同礦山其斷層破碎帶的實(shí)際情況，大多數(shù)礦山斷層破碎帶可選用MK-1650W240型號鉆機(jī)，其轉(zhuǎn)矩通常在5500N.m以上，同時(shí)為其配備φ72.5mm的加強(qiáng)版鉆桿，以此保證在礦山斷層破碎帶結(jié)構(gòu)當(dāng)中鉆進(jìn)成孔[6]。在對注漿泵進(jìn)行選擇時(shí)，可選擇兩臺流量相對較大的注漿泵，并將其排量控制在350L/min以上，將泵壓控制在6.5MPa以上。在選擇鋼管支護(hù)材料時(shí)，可選擇D28型號地質(zhì)鋼管，其規(guī)格應(yīng)為φ85×15mm。對于注漿水泥材料的選擇，通常可選用464#普通硅酸鹽水泥，以此達(dá)到快速膠結(jié)的作用。在實(shí)際施工過程中，其支護(hù)施工順序應(yīng)為：封堵礦山斷層破碎帶集中涌水區(qū)域；打設(shè)超前鋼管支護(hù)材料并注漿；下掘底板結(jié)構(gòu)；拱架支護(hù)；錨桿、鋼筋網(wǎng)以及噴混凝土支護(hù)；下一循環(huán)支護(hù)，以此完成對礦山斷層破碎帶的整體結(jié)構(gòu)支護(hù)。

2 對比實(shí)驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的基于超前管棚支護(hù)技術(shù)的礦山斷層破碎帶支護(hù)方案在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢，將其與傳統(tǒng)支護(hù)方案同時(shí)應(yīng)用到相同的礦山斷層破碎帶結(jié)構(gòu)當(dāng)中，分別按照相應(yīng)的支護(hù)方案完成支護(hù)加固，比較兩種支護(hù)方案下支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐可行性，將抗力作為實(shí)驗(yàn)對比指標(biāo)，將不同深度條件下，兩種支護(hù)方案的抗力進(jìn)行記錄，并記錄成如表1所示。

表1 兩種支護(hù)方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

從表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，本文支護(hù)方案抗力明顯大于傳統(tǒng)支護(hù)方案抗力，抗力越大則說明支護(hù)結(jié)構(gòu)越不容易變形，反之同理。面對礦山破碎帶支護(hù)工程，施工單位綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、施工條件等多方面因素，對蘇州市雞籠山鉛鋅銀礦鉆孔施采用超前管棚支護(hù)技術(shù)，通過方案精細(xì)化設(shè)計(jì)，可降低成本200余萬，礦山工程降本增效工作取得了顯著成果。

3 結(jié)語

本文通過開展超前管棚支護(hù)技術(shù)在礦山斷層破碎帶中的應(yīng)用探討，提出一種全新的支護(hù)方案，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該方案的可行性。通過本文研究進(jìn)一步得出，超前管棚支護(hù)技術(shù)能夠有效提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的抗力，將其應(yīng)用于實(shí)際能夠提升礦山企業(yè)整體效益。