吳永波

(貴州磷化集團(tuán)馬路坪礦，貴州 貴陽 550302)

0 引言

在磷礦的建設(shè)過程中，常常出現(xiàn)運(yùn)輸平硐與斷層交叉的情況，由于斷層附近構(gòu)造應(yīng)力較大，往往造成巷道圍巖破碎和支護(hù)困難，采用傳統(tǒng)支護(hù)方式的話，在平硐與斷層交叉的地方容易出現(xiàn)圍巖變形、冒頂?shù)鹊刭|(zhì)災(zāi)害，從而導(dǎo)致動(dòng)力災(zāi)害的發(fā)生。如何對(duì)斷層附近平硐進(jìn)行科學(xué)的掘進(jìn)，并采用合理的支護(hù)技術(shù)，對(duì)于防止斷層誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害具有重要意義。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

貴州開磷集團(tuán)沒租哨礦區(qū)在大地構(gòu)造位置上位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)滇東臺(tái)褶帶西部邊緣的嵩明臺(tái)凹內(nèi)。根據(jù)地表出露及鉆孔揭露情況，礦區(qū)內(nèi)地層由新到老分布有第四系、寒武系下統(tǒng)龍王廟組、寒武系下統(tǒng)滄浪鋪組、寒武系下統(tǒng)筇竹寺組、寒武系下統(tǒng)漁戶村組及震旦系上統(tǒng)燈影組，其中寒武系下統(tǒng)漁戶村組為含磷地層。

礦區(qū)內(nèi)斷層發(fā)育，其中主干斷層-法古斷裂帶將礦區(qū)分割成南北兩個(gè)礦段，北礦段礦層也被分割成3個(gè)獨(dú)立的礦體，其余斷層對(duì)礦區(qū)內(nèi)礦層均有不同程度的破壞。

1.2 斷層情況

總體呈近東西向展布，延伸長度大于5 000 m，于北礦段的中南部橫穿而過，破碎帶寬達(dá)20 m，由斷層角礫巖組成，根據(jù)斷層產(chǎn)狀變化可分成東西兩段。西段傾向南，傾角約76°，為正斷層，于礦體露頭以南延伸，對(duì)礦體的連續(xù)性無影響；東段傾向北，傾角65°～77°，為正斷層，對(duì)沿線礦體造成切割破壞，并使北盤礦體下降，根據(jù)鉆孔揭露情況，斷層?xùn)|段在上述鉆孔處斷距分別為180 m、100 m、120 m、85 m，反映出由西向東斷層的斷距在逐漸減小。另外，沿?cái)鄬訋в休^多的泉水點(diǎn)分布。在斷層段的地質(zhì)情況，見圖1。

圖1 斷層段地質(zhì)條件

1.3 斷層施工條件

礦區(qū)工程地質(zhì)條件屬于簡(jiǎn)單-中等類型，“沒租哨磷礦60 萬t/a產(chǎn)能接續(xù)項(xiàng)目”主運(yùn)輸平硐標(biāo)段所屬井巷工程位于礦層底板白云巖內(nèi)，巷道長2 190 m，凈斷面16.13 m2，掘進(jìn)斷面18.03 m2，采用砌碹、錨噴或者噴射混凝土支護(hù)，局部不穩(wěn)固地段需采用加強(qiáng)支護(hù)方式。

根據(jù)設(shè)計(jì)施工計(jì)劃，主運(yùn)輸平硐正常段可揭露F3斷層，平距有45 m，大概呈44°斜交穿過斷層；圍巖受斷層構(gòu)造影響，極為破碎、穩(wěn)定性差、施工條件難度大，斷層在原有地質(zhì)資料預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上整體南移約200 m，斷層破碎帶在走向上變化，寬度局部變化較大。

2 安全施工技術(shù)措施方案

超前帷幕注漿封閉巖體砌碹支護(hù)施工方案需要沿巷道輪廓周圍間隔200 mm布設(shè)注漿孔，將漿液加壓注入斷層破碎帶巖體中，充填斷層巖體內(nèi)裂隙，使之形成一個(gè)封閉的帷幕空間，后續(xù)作業(yè)在此帷幕空間內(nèi)作業(yè)，但是不能確保帷幕注漿的整體性。另一因素在于注漿體凝固時(shí)間較長，待終凝時(shí)間至少需要16 h；砌碹支護(hù)一道工序從基礎(chǔ)施工、鋼筋綁扎、模板安裝到混凝土澆筑按現(xiàn)有作業(yè)模式至少需要20 h，平均1 m掘進(jìn)進(jìn)度需要36 h。

超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)施工方案通過施工小導(dǎo)管以鋼拱架作為支撐點(diǎn)往前進(jìn)行延伸掘進(jìn)，鋼拱架塑形變化曲度較混凝土結(jié)構(gòu)大，能有效緩解、分散巷道周圍壓力，同時(shí)采用鋼板作為隔絕層，能避免掉渣傷人或損壞設(shè)備，鋼拱架安裝完成即可進(jìn)入下一作業(yè)工序，工序銜接無空隙，平均1 m掘進(jìn)進(jìn)度只需要20 h。

從經(jīng)濟(jì)性來分析，采用帷幕注漿方式需要重新投入設(shè)備(高壓力、高強(qiáng)度、高濃度、大功率的注漿機(jī))費(fèi)用、材料費(fèi)用、人工費(fèi)用，以現(xiàn)有施工經(jīng)驗(yàn)和工程造價(jià)預(yù)算考慮，井巷工程延米綜合單價(jià)至少在4.5 萬元/m以上；如采用超前導(dǎo)管鋼拱架支護(hù)方式則不需要投入注漿設(shè)備，只需要材料投入和計(jì)算人工費(fèi)用，同比，井巷工程延米綜合單價(jià)控制在4 萬元/m以內(nèi)。

從施工難易程度來考慮，如果采用帷幕注漿方式，則需要考慮如何能確保注漿體形成有效的隔絕層。如遇極為破碎軟化泥質(zhì)含水巖層注漿效果不好，則需采用凍結(jié)法進(jìn)行施工。

從施工方法難易度、施工安全性、工期進(jìn)度時(shí)間和經(jīng)濟(jì)分析比較，采用超前小導(dǎo)管鋼拱架支護(hù)施工工藝更加合理。因此，通過綜合分析比較后，選取采用超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)施工方案，具體見表1。

表1 斷層施工方案綜合技術(shù)措施比較表

3 施工工藝流程

3.1 施工準(zhǔn)備階段

針對(duì)超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)施工方案，確定施工小組成員名單，并對(duì)小組內(nèi)成員進(jìn)行詳細(xì)分工。在施工方案實(shí)施的現(xiàn)場(chǎng)，地質(zhì)條件復(fù)雜、任務(wù)緊、施工難度大，因此在施工過程中預(yù)計(jì)存在一些風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和安全隱患因素。對(duì)整個(gè)施工過程綜合進(jìn)行安全技術(shù)經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確保所制定方案安全可靠、技術(shù)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)可行。

根據(jù)措施施工方案需要投入斷層施工的作業(yè)機(jī)具、材料、防護(hù)用品有：淺孔鑿巖臺(tái)車1臺(tái)、柴油鏟運(yùn)機(jī)1臺(tái)、挖掘機(jī)1臺(tái)、小型服務(wù)車1臺(tái)、氣腿式鑿巖鉆機(jī)2臺(tái)、切割機(jī)1臺(tái)、交流弧焊機(jī)1臺(tái)、毫米熱軋無縫焊接鋼管(Q345型，直徑50 mm)500支、工字鋼150支、Φ20 mm螺紋鋼200支、Φ18 mm螺紋鋼120支、Φ6 mm 150×150鋼筋網(wǎng)200張、4 mm厚鋼板20張、40 mm厚鋼板100張、安全背夾10付、安全繩5套、呼吸自救器12個(gè)、液壓支架4個(gè)、空氣綜合氣體檢測(cè)儀1臺(tái)。

對(duì)施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)，包括呼吸自救器正確使用、勞保用品正確穿戴、氣腿式鑿巖機(jī)使用注意事項(xiàng)、現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)護(hù)協(xié)調(diào)注意事項(xiàng)、夜間現(xiàn)場(chǎng)施工注意事項(xiàng)等內(nèi)容。

3.2 施工作業(yè)階段

施工作業(yè)階段包括超前鉆探、測(cè)量放線工作、安全確認(rèn)、超前管棚施工、鋼拱架架設(shè)、錨網(wǎng)鋪設(shè)、錨噴支護(hù)以及水溝地坪澆筑。

超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)施工方案巷道斷面圖，見圖2。

圖2 超前導(dǎo)管鋼拱架錨噴巷道斷面

超前鉆探的主要目的在于提前控制斷層的產(chǎn)狀、方位和長度，并及時(shí)有效提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，及時(shí)修改完善斷層的施工方案，及時(shí)根據(jù)施工方案對(duì)每循環(huán)作業(yè)測(cè)量放線工作，主要標(biāo)識(shí)作業(yè)面中腰線、拱頂輪廓線以及到斷層的距離。在作業(yè)前進(jìn)行安全狀況確認(rèn)，對(duì)作業(yè)安全隱患、逃生路線、設(shè)備設(shè)施、現(xiàn)場(chǎng)照明作業(yè)進(jìn)行安全排查。施工超前小導(dǎo)管前使用中深孔鑿巖臺(tái)車沿主運(yùn)輸平硐巷道橫截面方向施工長度為6 m、數(shù)量為10個(gè)超前鉆孔(以巷道橫截面成45°夾角、超前小導(dǎo)管管體四周鉆孔)，進(jìn)行超前探水泄壓工作；中深孔鑿巖臺(tái)車施工超前小導(dǎo)管的施工工作(使用連接套筒接桿施工)的施工技術(shù)要求：材質(zhì)(Q345型號(hào)熱軋無縫焊接鋼管，直徑50 mm)；長度(6 000 mm)；間距(150～200 mm)；水平角(±5°)；數(shù)量(每米55棵或者以上)；安全措施(四人作業(yè)、專人監(jiān)護(hù)、設(shè)備完好、照明充足)；超前小導(dǎo)管施工完成后將加工制作好隔泥鋼板(寬300 mm、長550 mm、厚4 mm)沿超前導(dǎo)管上嵌入圍巖內(nèi)(呈房瓦梁結(jié)構(gòu)形式)，具備濾水不透沙的效果。超前小導(dǎo)管以及隔泥鋼板的施工圖，見圖3。

圖3 超前小導(dǎo)管及隔泥鋼板施工圖

在超前小導(dǎo)管鋼板支撐前提下，根據(jù)實(shí)際巖性條件采用科學(xué)合理掘進(jìn)方法：對(duì)于較為破碎炭質(zhì)頁巖流沙層，采用鉆爆法掏槽松動(dòng)爆破施工(爆破參數(shù)：周邊眼眼底距控制在150～200 mm范圍內(nèi)，炮孔深度2.4 m，炮孔數(shù)量78個(gè)，巖石乳化炸藥，非電光延時(shí)起爆，炸藥量24～48 kg，周邊眼不裝藥，采用挖掘機(jī)或者人工方式進(jìn)行巷道成型處理，及時(shí)根據(jù)巖層條件調(diào)整鑿巖爆破參數(shù)，延米掘進(jìn)長度根據(jù)鋼拱架支護(hù)安裝間距進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)合理調(diào)整)；對(duì)于極為破碎膠質(zhì)泥層，遇水軟化極易掉落，采用機(jī)械挖掘施工(使用挖掘機(jī)沿巷道設(shè)計(jì)方位往前掘進(jìn)，延米開挖長度根據(jù)鋼拱架安裝間距進(jìn)行調(diào)整)；對(duì)于極為軟化泥層，極易滲淌，采用機(jī)械或者人工挖掘施工(使用挖掘機(jī)或者人工沿巷道設(shè)計(jì)方位往前掘進(jìn)，延米開挖長度根據(jù)鋼拱架安裝間距進(jìn)行調(diào)整)。

針對(duì)過斷層措施施工技術(shù)條件的特殊性、復(fù)雜性，也是施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，必須在設(shè)備配置、安全高效和工程質(zhì)量上做足保證確保工程建設(shè)的安全和質(zhì)量，鋼拱架架設(shè)主要目的在于承載圍巖壓力，作為有效支護(hù)的骨架，是確保巷道施工過程和今后運(yùn)行安全的根本保證措施之一。在架設(shè)好的鋼拱架采用Φ6 mm鋼筋網(wǎng)(長度2 000 m×1 600 mm，網(wǎng)格150 mm×150 mm)鋪設(shè)到左右兩側(cè)幫腳的位置。噴射混凝土按照配料3～4次進(jìn)行噴砼作業(yè)，單次噴砼厚度控制在3～5 mm，后續(xù)噴砼作業(yè)選用高壓風(fēng)清理噴砼面，確保噴砼質(zhì)量；斷層核心段在鋼拱架架設(shè)完成后立即采用現(xiàn)澆混凝土支護(hù)。

主運(yùn)輸平硐地坪厚度和質(zhì)量控制，一是嚴(yán)格以混凝土相關(guān)施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，二是如遇軟化泥層混凝土厚度加到500 mm，混凝土中加一層鋼筋網(wǎng)(間距，長度以實(shí)際情況而定，橫筋間距設(shè)計(jì)為500 mm，鋼筋直徑為Φ18 mm)，同時(shí)鋼拱架立柱橫向上采用工字鋼進(jìn)行連接，使之鋼拱架在軸向和徑向形成整體結(jié)構(gòu)形式。斷面施工完成后的現(xiàn)場(chǎng)圖，見圖4。

圖4 斷面施工完成現(xiàn)場(chǎng)圖

3.3 施工結(jié)束階段

施工結(jié)束階段包括現(xiàn)場(chǎng)資料復(fù)核和觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置，當(dāng)超前小導(dǎo)管全斷面錨噴支護(hù)施工完成后，通過測(cè)量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、結(jié)合地質(zhì)剖面空間位置分析，確保井巷掘進(jìn)錨噴支護(hù)施工過程期間地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠和巷道位移觀察。主運(yùn)輸平硐過斷層位置工程每隔10 m沿中線位置設(shè)置一組巷道變形觀測(cè)點(diǎn)(主要觀測(cè)巷道寬度變形情況、拱頂是否存在下沉)，每五天測(cè)量一次。

4 結(jié)語

通過對(duì)斷層段掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)的綜合分析與施工準(zhǔn)備，使用超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)技術(shù)進(jìn)行作業(yè)。該技術(shù)具有施工工藝工序簡(jiǎn)單、延米單價(jià)低等特點(diǎn)。在貴州開磷集團(tuán)沒租哨礦區(qū)主運(yùn)輸平硐斷層段施工表明，超前小導(dǎo)管鋼拱架全斷面錨噴支護(hù)施工方案對(duì)施工通過斷層段有良好效果。研究結(jié)果為類似條件巷道開挖及支護(hù)設(shè)計(jì)提供了思路。