大斷面軟巖巷道綜掘快速施工技術的應用探究

張文鑫

（山東方大工程有限責任公司，山東 淄博 255100）

1 引言

我國部分大斷面巷道中的圍巖結構為穩定性較差的軟巖，巷道內綜掘的施工難度較大，容易出現較多的安全風險。因此，為安全、高效地完成綜采工作，本文對大斷面軟巖巷道綜掘快速施工技術展開分析，借此明確該類巷道的支護要點，完善軟巖巷道綜掘快速施工技術體系。

2 大斷面軟巖巷道施工難點

軟巖具體指單軸抗壓強度在0.5~25 MPa的巖石，具有孔隙度大、強度低、風化嚴重等特點。開采工作面所處的環境較為復雜，在我國西部地區存在較多的軟巖地質。由于此種軟巖結構中包含大量膨脹性黏土、植化碎片，以及穩定性較差的粉砂，導致開采時大斷面巷道圍巖結構過于松散，且包含軟弱層[1]。巷道綜掘過程中伴有較為突出的安全風險，直接增加了巷道支護、掘進的難度。比如，本工程項目中，大斷面軟巖巷道綜掘時，巷道圍巖所包含的灰色泥巖、粉色砂巖會導致巷道頂板結構處的安全風險突出，鉆孔、掘進時會出現裂隙。不僅如此，綜采區域的兩個大斷工作面內，部分含水層的主要結構是灰色及黑色泥巖，使綜掘過程中深部巷道透水性強，掘進時可能存在涌水情況，安全風險較大。

3 大斷面軟巖巷道綜掘前的支護原則

大斷面軟巖巷道綜掘前，相關人員根據巷道軟巖結構分析巷道掘進前的支護方式，同時充分利用軟巖本身的承載力對巷道進行安全支護。在此過程中，大斷面軟巖巷道綜掘前的支護原理是：基于軟巖結構，相關人員應分析地面壓力產生的原因，同時按照地壓活動時軟巖結構層的變化規律評估大斷面軟巖巷道圍巖的變形狀態。然后采用錨桿支護、錨索支護、注漿加固等支護技術，控制軟巖巷道內圍巖的變形風險，保證巷道在綜掘過程中處于穩定狀態[2]。

為保證軟巖巷道支護的可靠性，還應堅持以下原則：

1）大斷面軟巖巷道中，圍巖破裂會產生殘余強度，但松動破裂后的圍巖仍具有一定的承載能力。綜掘支護時，相關人員應合理分配支護壓力，平衡好支護結構、巖石應力的承載關系。

2）支護的本質是提升松動軟巖的剩余強度，增強軟巖巷道內圍巖的承載力，所以，在支護軟巖巷道時，相關人員還應遵循保持圍巖剩余強度、提升圍巖承載力的基本原則，科學地設計支護結構。

3）在深入研究大斷面軟巖巷道地質條件的基礎上，結合軟巖巷道綜掘施工方案，分析綜掘時的支護需求，針對性地優化巷道內的支護結構設計[3]。

4 大斷面軟巖巷道綜掘快速施工技術的具體應用

4.1 優化軟巖巷道設計

初期掘進時，應優化軟巖巷道的整體設計。相關人員應結合軟巖的力學特征與井下地層結構，將巷道設置在圍巖膨脹性小、強度大的區域；巷道走向應避免與地面應力方向相交；巷道設計應以結構簡單為基本原則，避免因巷道結構過于重疊、密集而影響掘進時圍巖的穩定性。然后，施工人員可選擇較為穩定的巖層快速掘進，配合耙桿機進行初次開掘。出矸順暢后，利用側卸式裝巖機、EBZ160掘錨一體機在軟巖巷道進行一次成巷支護，以提升大斷面軟巖巷道綜掘施工效率[4]。掘進初期，巷道支護設計是采用錨網帶、錨索對巷道頂板進行全封閉支護，頂板錨桿規格為2 400 mm×20 mm的高預應力錨桿，錨桿內注入K2340樹脂錨固劑，使巷道頂板上每根錨桿錨固力不低于22 MPa。巷道兩側可用螺紋鋼細絲錨桿進行支護，排列成錨索結構，錨桿規格為2 800 mm×20 mm，兩側同時設置W形鋼帶作為支護結構之一，鋼帶長寬厚分別為2 600 mm×170 mm×3 mm。

4.2 綜掘施工的前期準備

隨著開采機械化水平的提升，設備成為綜掘施工的基礎設施。在應用大斷面軟巖巷道綜掘快速施工技術時，還應合理應用巷道掘進設備[5]。對于大斷面軟巖巷道，巷道綜掘施工時，運輸刮板機、綜掘機、皮帶機屬于核心設備，其在應用時可與巷道中的支護結構、通風設施、降塵設備、供水供電設備共同構建出機械化大斷面軟巖巷道綜掘系統。

該系統在運行中可實現軟巖巷道快速掘進的基本目標，具有均衡性強、效率高、作業協調性強等優勢。相關人員可根據大斷面軟巖巷道綜掘施工過程中的支護、掘進要求，科學調整相關設備的運行參數，使其處于良好的運行狀態，更可靠地服務于綜掘施工作業。與此同時，綜掘施工期間，還應加強設備維護、檢修，減少設備故障，為軟巖巷道綜掘快速施工奠定基礎。

除此之外，施工人員是落實大斷面軟巖巷道綜掘快速施工技術的主體，正式施工時，還應對大工作斷面的所有施工人員進行專業培訓，再分別從安全培訓、技術培訓入手，使其掌握大斷面軟巖巷道綜掘快速施工的技術方案，強化其安全意識、效率意識，可使其在管理人員的帶動下，完成巷道掘進中的施工作業。部分掘進設備操作人員需要在巷道掘進時開展系統的專業培訓，使其明確軟巖巷道綜掘施工質量要求，在保障掘進安全的前提下，提升巷道掘進速度，規范地操作各類掘進設備。

4.3 綜掘支護施工流程

4.3.1 綜掘支護設計

1）支護是大斷面軟巖巷道綜掘快速施工的核心內容。為保證大斷面內軟巖巷道支護的可靠性，應在初次支護結束后再進行二次支護。大斷面軟巖巷道掘進施工時，初次支護的基本工序包括施工準備→綜掘機截割、排矸→大工作斷面初噴→作業平臺就位→前探梁支護→拱部支護→拱部錨網支護等。二次支護時，應分別完成錨網支護、架棚、錨索支護、軟巖巷道復噴、巷道底板修整等工作。

2）大斷面軟巖巷道綜掘施工時，支護施工應采用主動支護的方法。建設永久性支護結構時，大斷面軟巖巷道可利用鋼筋混凝土、型鋼作為支護材料。設計巷道中軟巖結構的支護方案時，應重點減少綜掘施工對地層產生的作用力。一般情況下，施工人員可在超強支護的基礎上，強化支護力度，若大斷面軟巖巷道中存在膨脹性軟巖，支護施工時可通過改變軟巖巷道底板、巷道拱頂支護強度的方式，確保軟巖巷道快速掘進時的穩定性。

4.3.2 綜掘支護施工

1）綜掘機截割時，施工人員應在大斷面軟巖巷道中預留掘進時的輪廓線，然后在輪廓線內的50 cm處將厚圍巖截割。首次開挖作業完成后，在巷道中應根據綜掘施工設計方案，在輪廓線內開挖厚50 cm的圍巖，掘進設備的基本路線為：（1）根據大斷面軟巖巷道的設計圖紙開挖輪廓線；（2）綜掘機首次截割輪廓線；（3）綜掘機首次截割掘進路線；（4）綜掘機修正掘進路線。掘進過程中，若軟巖結構較為穩定，施工人員需要靈活地調整開挖過程中的掘進深度，將綜掘機截割時每刀的進刀深度控制在0.6～0.7 m，進刀次數約為1~3次。

2）掘進后及時對軟巖巷道進行支護，支護方法包括錨網支護、架棚支護、噴混凝土支護等方式。（1）錨網支護時，施工人員可同時對巷道拱部結構、后巷進行支護，支護結束后用氣動錨桿支護巷道幫部。（2）架棚支護的主要材料是型鋼，施工人員可按照架棚支護設計值現場加工鋼棚，然后結合大斷面軟巖巷道的掘進面劃分鋼棚。一般情況下，軟巖巷道掘進面小于24~30 m2時，應將鋼棚分為4~5段，分段后在巷道中挖鋼棚支護所需的基礎設施，安裝鋼棚。對于穩定性較差的軟巖巷道，鋼棚支護后需要緊跟迎頭。（3）噴混凝土支護時，軟巖巷道的支護可分為兩步，分別為初次噴護、復噴。施工人員可在大斷面工作臺處安裝噴漿機，迎頭開挖、掘進后立即進行初噴，混凝土初噴厚度為35~50 mm，且初噴結束后可直接將工作斷面封閉。之后，用噴漿機在軟巖巷道后巷進行復噴，復噴時避免占用綜掘施工時間，實際復噴厚度應符合軟巖巷道支護要求。

3）大斷面軟巖巷道支護時，可同樣采用砌碹支護方式，即在巷道綜掘施工過程中，直接在鋼拱架施工區域的10 m范圍外，將襯砌臺車移動到需要支護的位置，固定后架設輸送支護材料的管路，將混凝土襯砌在指定區域內，以起到支護軟巖結構的作用。

4.4 綜掘快速施工技術要點

大斷面軟巖巷道綜掘快速施工時，其基本的施工順序包括支護施工、快速掘進等，掘進作業通常會集中在巷道支護過程中。由于軟巖巷道本身的特殊性，綜掘快速施工時還應明確各環節的施工技術要點。

1）施工人員應及時將軟巖巷道頂板處的浮矸清除，然后在裸露的軟巖面上噴射50 mm的混凝土，并安裝預應力較強的錨桿對軟巖面進行支護。支護過程中，相關人員可用FLAC數值模擬分析巷道支護參數的合理性，確保錨網支護可增加軟巖巷道圍巖和頂板的穩定性。布設頂板錨桿時，施工人員可借助綜掘機在全斷面一次性掘進，掘進過程中使用錨桿對頂板進行支護，錨桿支護時最大空頂間距應控制在2 m以內。若發現巷道兩側圍巖破碎情況嚴重時，施工人員應適當縮小頂距。

2）快速掘進5~10 m后，施工人員應加強關鍵部位的支護，全斷面布設錨網、噴混凝土，混凝土厚度約為70 mm。在此過程中，施工人員還應實時監測綜掘施工時軟巖巷道的變形情況，當掘進后累計變形量超過100 mm時，需澆筑混凝土對圍巖進行支護。

3）為提升軟巖巷道綜掘效率，施工人員可根據圍巖結構的特性，靈活調整綜掘機的掘進順序、掘進速度。截割軟巖結構時應自上而下進行切割，截割過程中應注意根據軟巖巷道中圍巖結構特點，控制截割速度和截割方向。

此外，設計軟巖巷道掘進路線時，還應結合巷道實際位置，分析巷道掘進路線中的低強度區域、高應力區域，然后推算軟巖分布情況，合理支護后再確定快速掘進的路線。在此期間，為全面優化軟巖巷道綜掘施工設計，還應按照大斷面軟巖分布情況簡單布設巷道，重點預防綜掘施工中巷道內存在空間重疊的情況。

4）由于大斷面軟巖巷道的特殊性，綜掘施工中的安全風險較大，所以，在構建綜掘快速施工技術體系時，還應以智能掘進為方向，將鉆孔成像技術、巖體結構面數字攝像技術、智能截割技術、輸送帶多點驅動功率平衡技術應用在大斷面軟巖巷道施工設計中，以此夯實大斷面快速掘進、軟巖巷道支運平行作業的基礎。

5 結語

綜上所述，為在大斷面軟巖巷道綜掘施工中進一步保障巷道掘進的安全性與可靠性，相關人員應集合大斷面軟巖巷道的地質特點合理選擇綜掘支護方案，在安全支護的前提下，高效完成軟巖巷道的掘進工作。掘進過程中還應堅持有掘必探，先支護后掘進的基本原則，同時持續研究軟巖巷道的地質參數，完善綜掘施工的技術方案，制定更可靠的施工管理條例，健全我國綜采中不同巷道綜掘施工技術體系。