李強

（五礦二十三冶建設(shè)集團有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引言

巷道掘進是礦產(chǎn)資源挖掘的核心基礎(chǔ)，對整個項目工程施工有著直接影響。支護技術(shù)應用受地質(zhì)環(huán)境因素影響較大，施工部門應在科學地質(zhì)勘察的基礎(chǔ)上制定掘進機支護方案，減少掘進過程中產(chǎn)生的應力導致巷道發(fā)生坍塌等安全事故，造成巨大的人員及財產(chǎn)損失。如何科學、合理地應用采礦巷道掘進技術(shù)與支護技術(shù)是需重點考慮的問題。

1 案例分析

礦區(qū)位于大南湖地區(qū)，掘進工程為密1 礦7 煤皮帶大巷，設(shè)計預計挖掘總工程量達到2634.25m，掘進工作時間自2019 年11月，2021 年2 月竣工，共計歷經(jīng)15 個月。掘進巷道用于礦井資源及相關(guān)設(shè)備的運輸，借此滿足礦產(chǎn)資源開發(fā)的實際需要。礦區(qū)位于東經(jīng)92°18′，北緯42°16′，設(shè)計應用爆破掘進與機械掘進混合的方式進行施工，采用錨桿支護的方式進行巷道巖體加固。具體礦井情況如圖1 所示。

圖1 礦井巷道局部

2 巷道掘進支護技術(shù)應用

2.1 地質(zhì)結(jié)構(gòu)

該區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)并未存在大量的斷層，工程區(qū)域自上而下分別為炭質(zhì)泥巖、弧形狀紋理，基巖?；鶐r內(nèi)部存在兩個含水層，存在縫隙，頂部區(qū)域為礫巖，混合泥巖，下部區(qū)域為粉砂巖，深度在120m 左右。該區(qū)域的巖石層比較完成，裂縫數(shù)量比較少，有少量的地下水涌出。礦區(qū)西側(cè)區(qū)域地質(zhì)條件為粉砂巖與粗砂巖，含水層中存在大量礫巖，地層區(qū)域為直接含水層，裂縫承壓水比較多，地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復雜[1]。

2.2 巷道設(shè)計

巷道設(shè)計斷面為拱形，寬度設(shè)計在5.6m 左右，高度設(shè)計為4.4m 左右，掘進工作面面積為21.98m2，底板厚度設(shè)計為0.2m，墻基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計在12cm 左右。在巷道左側(cè)區(qū)域設(shè)計排水溝，設(shè)計其長度與寬度分別為0.4m、0.3m。臂厚度為0.1m。巷道掘進工程在主井、斜井施工完成之后開始。

2.3 巷道掘進施工技術(shù)應用

2.3.1 爆破掘進方式應用

礦區(qū)應用全斷面施工技術(shù)進行掘進，按照不同工程施工階段采用不同的掘進方式。掘進施工期間在工作面距離煤層12m 位置鉆孔施工，對該爆破區(qū)域的瓦斯含量進行探查，對爆破掘進施工的風險系數(shù)進行明確。經(jīng)過勘察后爆破掘進施工可以保障安全性，礦井瓦斯含量十分稀少。根據(jù)勘察結(jié)果進行揭煤施工，對其進行支護方案設(shè)計，確保其在揭煤過程中不會出現(xiàn)冒落問題[2]。

破巖掘進施工需采用鉆爆破技術(shù)，根據(jù)勘察結(jié)果將鉆眼距離控制在4m 左右，在硬質(zhì)較高的巖體區(qū)設(shè)計眼距與抵抗距之間的比例在0.75 左右，質(zhì)地較軟的巖體比例控制在0.7 左右。爆破掘進需要應用相應的炸藥以及雷管，選擇應用乳化炸藥進行施工，每卷重量達到0.15kg，主要應用電雷管進行爆破，腳線參數(shù)控制在3m 左右，爆破延期時間為13s 左右。在爆破掘進過程中采用大串聯(lián)的施工技術(shù)對雷管腳線進行處理，排除電流后將母線與腳線連接在一起。爆破掘進施工確保爆破區(qū)域并無人員，組織運輸人員不得走鉤。爆破結(jié)束之后進行除塵，采用水幕進行沖刷，爆破未達到尺寸的區(qū)域，人工應用風鎬進行掘進，具體鉆眼爆破情況如圖2 所示。

圖2 爆破掘進鉆眼施工

2.3.2 設(shè)備掘進技術(shù)應用

部分區(qū)域應用參數(shù)型號為EBZ200 掘進機設(shè)備進行掘進施工。輔助應用皮帶機、膠帶輸送機進行掘進施工。設(shè)備掘進施工過程中需截割矸石，施工人員需要嚴格按照技術(shù)原理從下至上、從中間至四周的方式進行截割處理。設(shè)備掘進過程將頭部區(qū)域位置調(diào)整至巷道區(qū)域，在中部區(qū)域進行初步嘗試進行掘進，并在掘進的過程中左右對其進行擺動，最終出現(xiàn)橫槽之后轉(zhuǎn)化掘進設(shè)備截割刀的方向，采用由下至上的截割方式，掘進進刀參數(shù)需要控制在50cm 左右最佳，當即將達到指定區(qū)域之后，從左下側(cè)區(qū)域進一步進行截割，直至達到設(shè)計的區(qū)域。截割掘進的過程與支護工作之間處于循環(huán)的關(guān)系，兩者之間反復循環(huán)狀態(tài)下，完成對礦產(chǎn)資源的科學開發(fā)。

2.3.3 斷層地質(zhì)掘進技術(shù)

掘進施工過程中為了確保礦產(chǎn)資源開發(fā)的科學性，降低安全風險，預計采用管棚法、超前錨桿支護技術(shù)對其巷道掘進區(qū)域提前進行加固處理。掘進過程中的圍巖情況比較破碎，可能會出現(xiàn)冒落情況，尤其是在巷道過斷層區(qū)域。在該區(qū)域進行掘進施工過程中，使用超前管縫錨桿進行超前支護設(shè)計，其支護長度在3m左右，預防圍巖冒落導致安全風險增加。斷層破碎區(qū)域地質(zhì)條件比較差，采用超前錨桿支護技術(shù)應適當增加錨桿之間的間距，輔助應用鋼筋網(wǎng)以及金屬支架等進行支護，采用多種加固支護技術(shù)。在掘進過程中，也要適當?shù)臏p少掘進進尺參數(shù)，采用小而快的掘進方式，快速通過斷層巖體破碎區(qū)域，及時對該區(qū)域進行封閉。

2.4 巷道掘進支護技術(shù)應用

2.4.1 支護形式設(shè)計

根據(jù)掘進施工方案與巷道實際環(huán)境，整體支護工程設(shè)計應用噴錨網(wǎng)施工技術(shù)進行支護。如在掘進施工過程中發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域存在復合頂板、軟巖基礎(chǔ)，需要使用錨索進行施工時，需要結(jié)合實際掘進環(huán)境對錨索的長度進行明確，本案例中應用鋼絞線進行，錨索的排距在3.4m，每排需要使用3 根錨索進行輔助加固。

支護施工過程中盡可能在巷道上側(cè)區(qū)域挖掘出相應的矸石，進行蹬矸作業(yè)，在頂部區(qū)域懸掛相應的網(wǎng)片，應用臨時支護的方式進行加固。采用液壓點柱施工方式進行支護，并在指定區(qū)域安設(shè)相應的錨桿。期間如果出現(xiàn)高度不足問題時，需要應用腳手架或者護欄，實現(xiàn)對錨桿的安裝以及保護。錨桿需要按照一定的規(guī)律進行布置，排距參數(shù)應控制在0.85m×0.85m，錨桿的規(guī)格參數(shù)以及材料組成也需要進行固定，采用鋼制的托板進行輔助施工，托板為蝶狀，其參數(shù)長、寬、高各項參數(shù)分別為0.15m、0.15m、0.0008m。應用錨固劑對其進行粘合，每根錨桿需要配置兩支錨固劑方可達到固定效果[3]。

如在施工過程中遇到破碎性巖體，則需要輔助應用錨索對其進行加固。支護施工過程中所需要的鋼筋網(wǎng)應用規(guī)格為φ6.0 的鋼筋，采用焊接的方式將其編制成為鋼筋網(wǎng)，確保組合而成的鋼筋網(wǎng)孔位的大小在0.1m×0.1m，在搭接位置應用鐵絲對其進行綁扎處理。最后需要進行混凝土的噴射，使巷道巖體結(jié)構(gòu)達到相應的強度[4]。噴射混凝土的強度在C25，在合理的配比基礎(chǔ)上進行混凝土漿液的攪拌，將水泥、石子、水以及砂子按照相應的比例進行混合攪拌，使其在指定區(qū)域充分均勻混合。設(shè)計噴射混凝土比例分別為1:1.05:2.5:0.4，具體支護設(shè)計結(jié)果如圖3 所示。

圖3 預測支護設(shè)計成果

2.4.2 點柱支護技術(shù)

按照支護形式在設(shè)備掘進過程中采用液壓點柱臨時支護技術(shù)進行加固。單體點柱設(shè)計支撐在2.5m，巷道寬度在5m 左右，需要設(shè)置2～3 根點柱進行加固處理。點柱支護施工過程只能應用壓力水進行注液加壓，在上側(cè)區(qū)域輔助應用方木進行作帽處理，確保其單體點柱的牢固程度。單體點柱坐落在放木的中間區(qū)域，需要三個人共同協(xié)調(diào)下完成臨時支護作業(yè)，三人分別完成扶持、注射、觀察的責任，確保臨時支護過程的科學性、安全性。

單體點柱在巷道掘進過程中起到臨時支護的作用，但其質(zhì)量必須符合巷道掘進施工的應力需求，確保掘進施工過程中不會出現(xiàn)冒落、坍塌等問題。臨時支護需要確保點柱底側(cè)區(qū)域落到實底，或應用木塊進行結(jié)實，上部區(qū)域應用木楔進行加固處理。臨時點柱支護技術(shù)應用需要控制迎頭距離在0.8m 以下，按照巷道的走向進行柱帽位置設(shè)計，液壓點柱的注射操作需要確保其不會出現(xiàn)漏液問題。完成支護后立刻進行錨桿支護。如巷道內(nèi)側(cè)區(qū)域存在巖石破碎的情況，可以輔助應用管棚支護技術(shù)。支護施工期間如果發(fā)現(xiàn)存在頂部區(qū)域壓力過大或者出現(xiàn)異常聲現(xiàn)象，需要待頂板位置穩(wěn)定之后，進行帽柱施工達到加固保護目標，單體液壓支護點柱內(nèi)容如圖4 所示。

圖4 單體液壓點柱材料

2.4.3 錨桿施工技術(shù)

錨桿施工需要嚴格按照支護工程施工標準進行，按照錨桿施工流程進行準備工作、打眼、鉆眼、清除作業(yè)、錨桿裝設(shè)。在將施工所需要應用的材料準備齊全之后進行打眼作業(yè)，在打眼前應嚴格按照巷道尺寸及打眼位置使用油漆等進行位置標示，確保位置與地質(zhì)結(jié)構(gòu)應力相契合。錨桿打眼位置需要嚴格明確，控制誤差在3cm 以內(nèi)，角度誤差需要在10°以內(nèi)。按照地質(zhì)結(jié)構(gòu)應力條件進行眼位深度確定，使用風煤鉆設(shè)備進行錨桿眼的鉆入。案例中施工錨桿眼的深度為2.2m，鉆好錨桿眼后進行清理作業(yè)并安裝錨桿，按照錨桿的施工順序從外至里、從內(nèi)而外進行鉆孔作業(yè)。安裝錨桿過程中需要應壓風裝置將孔位內(nèi)積水以及鉆孔過程中掉落的粉末等進行處理，完成錨桿支護之后使用錨固劑將樹脂送入到孔位底側(cè)區(qū)域，隨后將錨桿安設(shè)在孔位之中。

錨桿安裝應嚴格按照相關(guān)標準，應用樹脂藥卷進行施工，其攪拌的時間以及安裝方法均應明確，并對凝膠的速度進行具體施工作業(yè)。凝膠速度越快，則先進行施工，凝膠速度慢則后進行施工。期間支護施工人員需要緩慢均勻?qū)⒛z注射在眼位之中，隨后繼續(xù)進行攪拌，最后應用鉆機對錨桿進行頂壓，需要控制其頂壓時間在2min 以上，當膠凝完成之后開始進行固定。

施工期間應格外注意錨桿的推進位置，需要保障其達到孔位最里側(cè)區(qū)域，螺母的錨桿四口長度參數(shù)在3cm 左右，采用滿絲的施工方式對其進行處理。螺母扭矩加固需要控制其扭矩力參數(shù)達到200N 以上，完成錨桿支護固定。

2.4.4 錨索施工技術(shù)

錨索施工針對一些質(zhì)地較軟、破碎面比較大的區(qū)域。在應用錨索支護技術(shù)是需要結(jié)合施工區(qū)域?qū)Ρ儒^索的尺寸以及大小，判斷其是否符合設(shè)計標準。施工人員同時需要對錨索的位置、角度、深度等相關(guān)參數(shù)進行明確，在打眼位置參數(shù)明確的基礎(chǔ)上進行錨索安裝，最好控制眼位之間的誤差在3cm 以內(nèi)，角度誤差需要在3°以內(nèi)。

具體安裝過程中施工人員需要采取敲幫問頂?shù)姆绞脚袛嘞锏理敯鍏^(qū)域是否牢固。并準備好錨索施工過程中可能需要應用到的鉆機、套釬、高壓油泵以及液壓剪等錨索支護施工需要應用到的設(shè)備。確保各項材料設(shè)備符合設(shè)計標準與設(shè)備規(guī)范之后進行錨索安裝的眼位設(shè)計，采用錨桿鉆機進行鉆孔施工，確保鉆入的深度符合設(shè)計標準。當深度達標之后將錨固劑輸送至孔位底部，在錨索的末端位置使用驅(qū)動設(shè)備將其插入到錨桿機裝置上。當錨索攪拌安裝完成之后，錨桿機應確保自身推進力的均勻穩(wěn)定進行，在1min 之后方可將其進行處理，處理過程中緩慢將設(shè)備下放。當凝固劑注入達到1h 后，進行拉和托盤施工作業(yè)，將油缸、安全鏈安設(shè)在指定的位置，開啟泵機進行拉扯，觀察壓力表中的數(shù)值變化，直到其達到設(shè)計標準之后停止。

2.4.5 噴漿施工技術(shù)

噴漿施工需要應用噴漿機設(shè)備進行作業(yè)，使用攪拌機設(shè)備進行混凝土的攪拌。相關(guān)設(shè)備需要放置在礦井口周邊位置，在合理的配比與均勻混合攪拌情況將混凝土漿液噴射至指定的區(qū)域。噴射過程中需要滿足設(shè)計標準，排除一切影響噴射質(zhì)量的顯像管要素，檢查噴射管道是否良好。施工人員首先對巷道位置的巖幫進行壓力沖刷，并按照階段性噴射原則，沖洗一段區(qū)域噴漿一段區(qū)域。

噴射過程中使用風壓設(shè)備將混凝土從管道之中噴射出來。由于混凝土注漿噴漿受地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響比較大，根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果對其在巖體之中的凝結(jié)速度進行判斷，合理的對噴射軌跡以及噴射順序進行明確。案例中噴頭保持與噴射點之間的距離在1m左右，控制噴射角度在12°左右，輔助使用加速凝劑對其進行處理，時間控制在20min 左右為最佳。噴射完成3h 之后對其進行噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間需要達到8d 以上。一次噴射工作噴射厚度應在6cm 左右，結(jié)束噴射之后需要進行質(zhì)量檢查。但當噴射過程中發(fā)現(xiàn)噴射管道或者噴頭發(fā)生堵塞故障，操作人員需要將噴頭口沖下，避免對周圍環(huán)境以及人員造成影響，具體噴射質(zhì)量要求如表1 所示。

表1 混凝土噴射參數(shù)

3 結(jié)論

綜上所述，巷道掘進技術(shù)分為爆破與設(shè)備掘進兩種，不同的地質(zhì)環(huán)境需要應用不同的掘進方式。但無論何種方式都會導致地下巖體發(fā)生應力變更，導致地質(zhì)環(huán)境中的應力條件發(fā)生變化，需要采用支護技術(shù)對巷道進行加固處理，支護大都應用錨桿支護、注漿支護技術(shù)，通過改變巷道應力條件的方式達到提高采礦工程安全系數(shù)的目標。