韋永馮

(廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西南寧 530022)

1 地質(zhì)概況

1.1 礦區(qū)地質(zhì)條件

廣西大新錳礦礦區(qū)穿越的地層有泥盆系上統(tǒng)榴江組(D3l)，按其不同巖性將圍巖分成3層：硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖夾硅質(zhì)巖和硅質(zhì)巖。其中對施工影響最大的是硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖夾硅質(zhì)巖。

硅質(zhì)灰?guī)r巖石飽和單軸抗壓強度43.0～97.7 M Pa，平均值70.85 M Pa，屬堅硬巖，巖石基本質(zhì)量等級為2級。但由于此類巖石節(jié)理發(fā)育，加上含碳酸鹽含量大小不等，在水蝕作用下，廣泛發(fā)育溶巖裂隙，裂隙水量大，給井下施工帶來很大難度。

泥巖夾硅質(zhì)巖巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層破碎，風化強烈，風化后成土狀構(gòu)造，局部有硅質(zhì)巖夾層。泥巖巖石飽和單軸抗壓強度1.07～1.32 M Pa，平均值1.17 M Pa，屬極軟巖，巖石基本質(zhì)量等級為5級。此類巖石在巷道掘進施工時，頂板和圍巖都極不穩(wěn)固，施工安全性極差。

1.2 礦井水文地質(zhì)條件

由于巖層巖性及露采轉(zhuǎn)地采影響，井下水文地質(zhì)情況復(fù)雜，地下水長期作用將降低巖石強度、軟化泥巖，加速巖石風化，對節(jié)理裂隙面、層面等結(jié)構(gòu)面起軟化潤滑作用，另外地下水靜水壓力對圍巖的穩(wěn)定性不利。

礦井巷道施工過程中，遇到由地表徑流從露天采場下滲的斷裂裂隙水，同時遇到巖溶裂隙水，水量大(見表1)，持續(xù)時間長，造成工期耽誤，對施工進度造成很大壓力，并對施工安全增加不確定性。

表1 開采水平涌水量

2 施工技術(shù)措施

2.1 超前錨桿支護

巷道過風化巖層或斷層破碎帶時，由于頂板較為松軟，裂隙發(fā)育，加上應(yīng)力集中于巷道中心，放炮后拱頂部容易冒頂甚至坍塌，給巷道支護增加難度和工作量，同時不利于安全。

針對泥巖夾硅質(zhì)巖這類極軟巖，在大新錳礦5線斜井東脈外巷開拓施工中運用超前錨桿支護[1]——又稱斜錨桿支護技術(shù)，取得了成功。該段巖石為風化硅質(zhì)泥巖，風化強度大，巖石脆而易碎，放炮后工作面塌方大，作業(yè)面危險，也大大耽誤了工期。在引進超前錨桿支護技術(shù)后，工作面安全及掘進速度有較常大提升，解決了施工過程中工作面迎頭圍巖坍塌問題。

2.2 施工工藝

超前錨桿工作原理：沿巷道縱向，在拱上部開挖輪廓線外一定范圍內(nèi)向上前方前傾 5(°)～10(°)，以支托頂部不穩(wěn)定的圍巖，起插板作用，見表2。

表2 支護經(jīng)驗參數(shù)

工藝流程：打錨桿眼→注樹脂藥卷→安裝錨桿→打掘進眼→裝藥放炮→鑿巖成頂→永久支護。

拱部超前錨桿的布置以巷道為中心，寬為巷道1/2或1/3，根據(jù)頂板完整程度適當增減布置范圍。一般排距為2進尺循環(huán)1排，也可視錨桿長度，頂板圍巖穩(wěn)定性等因素而靈活調(diào)整。最外側(cè)超前支護方向可分別向左右外偏15(°)。縱向2排間錯開布置，接口處重疊1 m以上，切勿脫節(jié)。

2.3 光面爆破

光面爆破也叫周邊爆破，是針對軟巖地質(zhì)條件使用的巷道掘進爆破技術(shù)[2]。光面爆破是井巷掘進中的典型控制爆破方法，目的是使爆破后留下井巷圍巖形狀規(guī)整，符合設(shè)計要求，表面光滑，損傷小，穩(wěn)定性強。光面爆破只限于斷面周邊1層巖石(主要是頂部和兩幫)，所以又稱為輪廓爆破或周邊爆破。該爆破技術(shù)在大新錳礦井下軟巖地段巷道施工掘中得到較好運用，并具有幾大優(yōu)點。

1)能減少超挖和出巖量，特別是在不穩(wěn)固巖石中更能顯示其優(yōu)點。

2)對井巷圍巖的炮震擾動范圍小，相應(yīng)炮震裂縫少；可有效減少應(yīng)力集中引起的塌方，減少落石和危險斷面，避免事故發(fā)生和人員傷亡；改善作業(yè)環(huán)境，增加施工安全性，減少爆破后排險時間，提高施工速度，特別是在巖性不良地段，效果更為明顯。

3)巷道輪廓外，裂隙范圍較小，對圍巖強度破壞不大，提高了巷道穩(wěn)定性，不需要或很少需要加強支護，減少了支護工作量和材料消耗。

4)能加快巷道掘進速度，降低成本，保證施工安全。

2.3.1 爆破方案

國內(nèi)光面爆破掘進巷道或隧道時有2種方案，即全斷面1次爆破和預(yù)留光爆層分次爆破。全斷面1次爆破多用于掘進小斷面巷道。大斷面隧道或巷道掘進時，可采用預(yù)留光爆層分次爆破，如圖1。

圖1 預(yù)留光爆層分次爆破

預(yù)留光爆層分次爆破又稱為修邊爆破，優(yōu)點是可根據(jù)最后留下光爆層具體情況調(diào)整爆破參數(shù)，節(jié)約爆破材料，有利于提高光爆效果和質(zhì)量。缺點是隧道或巷道施工工藝復(fù)雜，增加了輔助時間。根據(jù)礦山的實際情況，選擇預(yù)留光爆層分次光面爆破方法。

2.3.2 掏槽形式及爆破參數(shù)

掏槽爆破效果好壞，直接決定著循環(huán)進尺及周邊孔爆破效果和光面質(zhì)量。炮孔平均深度1.8 m，掏槽孔深度2.0 m，采用桶形或楔形掏槽。

圖2 光面爆破炮眼布置

炮眼間距 E=550～700 mm；光爆層厚度W=500～750 mm；炮眼密集系數(shù) m=0.8～1.0；裝藥集中度ql=100～150 g/m，如圖2；較為理想的光爆裝藥結(jié)構(gòu)是徑向空氣間隙不耦合裝藥(徑向不耦合系數(shù)Kd=1.5～2.5)和軸向空氣墊層不耦合裝藥(軸向不耦合系數(shù)KL=56～92)，如圖3。根據(jù)情況，選用其中的1種方式裝藥或2種方式結(jié)合使用。

圖3 不耦合裝藥布置

2.4 注漿

注漿主要目的是加固巖體(圍巖和地基)和超前堵水，是針對井下圍巖裂隙發(fā)育，涌水量大導致施工困難時采取的一種解決措施[3]。大新錳礦膠帶斜井曾遇到井下施工過程中，工作面涌水量大導致淹井，地表建筑物下沉等重大事故。通過分析和借鑒相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗，決定采取注漿技術(shù)解決，在地表和井下同時施工，解決了井下圍巖冒落坍塌難題，又使井下涌水量得到有效地控制，施工地段地面廠房等建筑物地基也明顯抬升，這樣極大推進了掘進施工速度與安全。

2.4.1 灌漿材料

灌漿水泥采用425號普通硅酸鹽水泥和水玻璃，水玻璃為傳統(tǒng)注漿材料，對處理混凝土中細微裂縫有獨到的效果，見表3。

2.4.2 灌漿主要設(shè)備

灌漿主要使用設(shè)備見表4。

表4 注漿設(shè)備

2.4.3 注漿一般工藝及參數(shù)

注漿前壓水。目的在于將裂隙中松軟泥質(zhì)充填物推送到注漿范圍外，提高注漿質(zhì)理和堵水效果。對于大裂隙，壓水時間為10～20 min；中小裂隙，則需15～30 min或更長一些。重復(fù)注漿鉆孔壓水時間適當延長30～60 min。壓水時壓力應(yīng)由小增大，最大不得超過注漿終壓。

注漿段高和注漿方式。注漿段高是指1次注漿的長度，可分為全段1次注漿和分段注漿2種。注漿方式是指注漿順序，分下行式和上行式2種。自上而下依次注漿稱下行式注漿，反之稱之為上行式。大新錳礦膠帶斜井采用的是分段上行式注漿，分段高度為3～5 m。

灌漿過程中，如遇到斷層、巖脈、溶洞等異常區(qū)時，應(yīng)加強異常區(qū)可能連通部位的觀測，為節(jié)降低風險，省漿液用量，當發(fā)現(xiàn)跑、冒、串、漏漿等現(xiàn)象時，必須及時封堵處理后方可恢復(fù)灌漿。注漿系統(tǒng)見圖4。

圖4 注漿系統(tǒng)

注漿參數(shù)如下：

1)漿液擴散半徑

裂隙中漿液的擴散半徑隨巖石的滲透系數(shù)、注漿壓力、注入時間的增加而增大，隨漿液的濃度和黏度的增加而減少。據(jù)施工現(xiàn)場經(jīng)驗，巖深地層注漿與裂隙地層注漿的平均值為4～8 m，淺部地層注漿平均值為1.5～2 m。

2)注漿壓力

注漿壓力對漿液的擴散影響很大。經(jīng)驗表明，隨著注漿壓力的提高，充塞物質(zhì)的強度急劇增加，這就保證了充塞物具有足夠強度和不透水性。在地下水流速大的情況下，應(yīng)設(shè)法增加漿液的流動阻力，需降低注漿壓力，故合理運用注漿壓力是注漿的關(guān)鍵。不同地區(qū)因地質(zhì)條件不同，注漿壓力也不盡一樣。有地區(qū)選用注漿壓力為靜水壓力的2～3倍，有的則根據(jù)巖石裂隙采用合適的壓力值，大新錳礦膠帶斜井鉆孔注漿壓力位2.5 M Pa。

3)漿液注入量

根據(jù)擴散半徑和巖裂隙率進行粗略計算，公式為：

Q=r2AHnβ

式中Q——漿液注入量，m3；

r——漿液擴散半徑，m；

n——裂隙率，%；

H——注漿段高，m；

β——漿液在裂隙內(nèi)有效充填系數(shù)，0.9～0.95；

A——漿液消耗系數(shù)，一般取1.2～1.3。

4)注漿完成

用2個指標判斷：a最終吸漿量，即注漿注至最后的允許吸漿量；b注漿壓力達到設(shè)計壓力，并持續(xù)穩(wěn)定一段時間。從理論上講，最終吸漿量越小越好，最理想情況是注至完全不吸漿，但難以實現(xiàn)，故結(jié)束標準是注漿壓力達到設(shè)計終壓，一般為受注含水層水壓的1.6～2.5倍，吸漿量小于80 L/min，時間不少于30 min即可注漿完成，將注漿管沿孔根部用手砂輪割除，然后將孔口清刷干凈，孔底用130瞬間止水劑材料封堵，表面用1∶2～1∶2.5水泥砂漿抹平。

3 結(jié)語

隨著地表及淺部礦資源日益枯竭，采礦作業(yè)將轉(zhuǎn)入地下深部，不可避免地會遇到各種不良地質(zhì)條件，如本文所提到軟巖、地下水豐富地段等。在這些不利條件下，一般的施工方法已不能滿足安全生產(chǎn)的需要，必須尋找別的方法。本文所提到超前錨桿、光面爆破、注漿便是一些嘗試，且在實踐中取得了良好的效果，對其他礦山施工有一定的借鑒意義。

超前錨桿、光面爆破、注漿這施工工藝技術(shù)在大新錳礦的研究與應(yīng)用，給礦山企業(yè)帶來了良好經(jīng)濟技術(shù)效益。幾種工藝的使用成功解決了巷道掘進施工在軟巖及涌水量大等不良地質(zhì)條件下所遇到的問題，保證了施工進度，提高了效益，大大降低了施工安全風險，保障施工人員人身安全，為企業(yè)長期穩(wěn)定發(fā)展提供了扎實的基礎(chǔ)。

[1]陸家梁.軟巖巷道支護技術(shù)[M].長春：吉林出版社，1995.

[2]郭進平，聶興信.新編爆破工程技術(shù)實用大全[M].北京：光明日報出版社，2002.

[3]史國.用注漿法治理支護破損的巷道[J].冶金礦山設(shè)計與建設(shè)，1996(3)：39-42.