礦建工程中特殊硐室的軟巖支護(hù)技術(shù)

羅勇軍

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司, 北京 101500)

礦建工程中特殊硐室的軟巖支護(hù)技術(shù)

羅勇軍

(金誠信礦業(yè)管理股份有限公司, 北京 101500)

在我國，礦建工程的深度的不斷增加，硐室支護(hù)和礦井的軟巖巷道的加固變得越來越重要，單純的提高支護(hù)強(qiáng)度已經(jīng)無法解決硐室和軟巖巷道的支護(hù)問題。基于此，對(duì)礦建工程中特殊硐室軟巖支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了探討。

礦建工程；特殊硐室；軟巖支護(hù)技術(shù)

1 工程概況

某副井井筒設(shè)計(jì)凈徑6.5 m，井深660 m，地表絕對(duì)標(biāo)高為+176 m，管子道底板絕對(duì)標(biāo)高-443.860 m(井深619.860 m)，位于井筒東側(cè)，平臺(tái)段支護(hù)長度3 m，凈寬4.2 m，掘進(jìn)高度4 m，拱高1.4 m(三心拱)，斷面面積18.434 m2，基礎(chǔ)深0.4 m，支護(hù)厚度0.4 m，砼標(biāo)號(hào)C30。中段馬頭門底板絕對(duì)標(biāo)高-454 m(井深630 m)。該馬頭門為雙側(cè)對(duì)開，分別位于副井井筒北側(cè)和南側(cè)，單側(cè)支護(hù)長度6 m，凈寬5.5 m，支護(hù)厚度0.4 m，拱高1.833 m(三心拱)，基礎(chǔ)深0.4 m，砼標(biāo)號(hào)C30。信號(hào)及操作控制室：布置在北側(cè)馬頭門東側(cè)，支護(hù)長度3 m，凈寬3.0 m，凈高3.0 m，支護(hù)厚度0.4 m，鋪底厚0.1 m，砼標(biāo)號(hào)C30。人行繞道：凈寬度0.8 m，墻高1.8 m，拱高0.4 m(半圓拱)，基礎(chǔ)深0.4 m，支護(hù)厚度0.4 m，砼標(biāo)號(hào)C30。-350 m中段石門：北側(cè)石門凈寬4.35 m，凈高3.45 m，噴射混凝土支護(hù)，噴射厚度0.1 m，強(qiáng)度等級(jí)C20；南側(cè)石門凈寬4.2 m，凈高3.6 m，噴射混凝土支護(hù)，噴射厚度0.1 m，強(qiáng)度等級(jí)C20。根據(jù)業(yè)主提供的副井井筒地質(zhì)資料顯示，馬頭門巖性為閃長巖，巖層基本穩(wěn)定，在近期井筒施工過程中涌水量有所增大，-428 m處實(shí)測(cè)涌水量51.899 m3/h。施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行《副井“長探短掘”安全技術(shù)措施》。

2 硐室部分的掘進(jìn)方法

在對(duì)硐室部分進(jìn)行挖掘時(shí)，使用Φ32×200 mm的巖石乳化炸藥、0.5 s延期導(dǎo)爆管，并使用發(fā)爆器進(jìn)行起爆，選擇井口20 m以外的位置作為起爆點(diǎn)，并利用起爆針和放炮電纜相連接的方法將導(dǎo)爆管引爆，鑿巖使用YT-28風(fēng)鉆配Φ22中空六角鋼鉆桿和Φ40 mm鉆頭炮眼的深度控制在2.0～2.2 m。

3 硐室的支護(hù)方式及施工工藝

3.1 臨時(shí)支護(hù)及一次支護(hù)

管子道、井筒623.5～630 m段、馬頭門及相關(guān)硐室掘進(jìn)過程中采用錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，馬頭門采用M22×2000 mm左旋無縱肋螺紋鋼樹脂錨桿，間排距1000 mm×1000 mm，矩形布置；每根錨桿使用2支錨固劑，1支K2550，1支Z2550，錨固長度為1 m；錨桿托板采用δ8 mm鋼板加工，規(guī)格為150 mm×150 mm；錨桿均使用配套標(biāo)準(zhǔn)阻尼螺母緊固。錨固力不得小于120 kN。錨桿打設(shè)要先按設(shè)計(jì)要求打好錨桿孔，孔深大于錨桿全長100 mm為宜(深度2100 mm)，用風(fēng)鉆將錨桿頂入眼內(nèi)，使錨桿托盤緊貼巖面。管子道及井筒部分視巖石情況可采用DN42×1800 mm管縫錨桿配合金屬網(wǎng)進(jìn)行錨網(wǎng)噴臨時(shí)支護(hù)，錨桿盤用δ8 mm鋼板加工，規(guī)格為150 mm×150 mm，間排距為1000 mm×1000 mm，錨固力不得小于60 kN。金屬網(wǎng)采用φ6.5 mm的圓鋼焊制，網(wǎng)片規(guī)格為2000 mm×1000 mm，網(wǎng)格為100 mm×100 mm，網(wǎng)要壓岔搭接，搭接長度為100 mm，相鄰兩塊網(wǎng)之間用12號(hào)鐵絲連接，連接點(diǎn)要均勻布置，間距200 mm。噴射砼的強(qiáng)度等級(jí)C20，噴射厚度50 mm，采用PO425硅酸鹽水泥、河砂(含水率4%～6%)、石子粒徑(5～10 mm)，配和比為水泥∶石子∶砂∶水=1∶1.79∶2.92∶0.52。在集中攪拌站將水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，用灰罐送到井下?/p>

3.2 永久支護(hù)

使用標(biāo)號(hào)為C30的混凝土對(duì)井筒部分進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)厚度為400 mm，混凝土材料為中粗砂、PO425硅酸鹽水泥、顆粒直徑1～3 cm的石子，并根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的要求對(duì)含泥量和級(jí)配進(jìn)行控制，拌合用水不可以含有油污、堿、酸物質(zhì)。同時(shí)信號(hào)、馬頭門、操作控制室、繞道也都分別使用混凝土進(jìn)行支護(hù)。

3.3 砼配比、制作和運(yùn)輸

經(jīng)過試驗(yàn)確定出混凝土的實(shí)際配合比例為水泥∶砂∶石∶水=1∶1.79∶2.92∶0.52，每立方混凝土材料用量水泥385 kg，砂690 kg，碎石1125 kg，水200 kg。在集中攪拌站將水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，用灰罐送到井下。井筒與馬頭門連接處同時(shí)澆注段的砼直接入模，相關(guān)硐室人工入模。

4 支護(hù)工藝

4.1 錨桿安裝工藝

(1) 鋪金屬網(wǎng)、打錨桿眼。打眼時(shí)，要先對(duì)巷道的斷面情況進(jìn)行檢查，及時(shí)處理不符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的施工作業(yè)，要對(duì)頂幫圍巖的情況進(jìn)行檢查，查找危巖和活矸，確保安全后將錨桿的眼位點(diǎn)出，并進(jìn)行鉆眼，保證鉆孔深度誤差在100 mm以下，眼向誤差要在15°以下[1]。錨桿眼打好后，對(duì)眼中的積水和巖粉進(jìn)行清理，鋪設(shè)金屬網(wǎng)時(shí)，要保證其和巖面緊貼。錨桿穿過金屬網(wǎng)網(wǎng)格布設(shè)，確保錨桿托盤壓網(wǎng)。要按照先頂后幫、從外到內(nèi)按順序進(jìn)行施工。

(2) 錨桿安裝。安裝錨桿前，先使用壓風(fēng)把孔中的巖粉清理干凈，清理中孔中的積水，然后把2塊樹脂錨固劑送入眼底，把錨桿套上托盤插入錨桿眼內(nèi)，使錨桿頂住樹脂錨固劑，用風(fēng)鉆及安裝器卡住螺帽，然后開動(dòng)風(fēng)鉆。要保證錨固劑攪拌的均勻性，攪拌時(shí)間控制在25～45 s，并按照先慢后快的方法進(jìn)行攪拌，在錨桿達(dá)到設(shè)計(jì)的深度后，要停留15 s左右，最后對(duì)錨桿施加預(yù)緊力，擰緊力矩要在120 N?m[2]以上。錨桿支護(hù)后使用噴漿進(jìn)行封閉，初噴厚度50 mm，每300根錨桿做一次拉力試驗(yàn)，分別抽查測(cè)試頂部和兩幫之間的錨桿的錨固拉力。

4.2 噴射混凝土

(1) 準(zhǔn)備工作。首先按照設(shè)計(jì)要求對(duì)錨索安裝、錨桿安裝和金屬網(wǎng)鋪情況進(jìn)行檢查，及時(shí)處理遇到的問題，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的矸石雜物進(jìn)行清理，將風(fēng)、水管路接好，保證接頭的緊密性，不允許使用非抗靜電的塑料管作為輸料管。對(duì)噴漿機(jī)的完好性進(jìn)行檢查[3]。巖面要經(jīng)過高壓風(fēng)水清洗后才可以進(jìn)行噴射，分別在兩幫、兩肩和巷道的拱頂設(shè)置標(biāo)志。

(2) 噴射混凝土的工藝要求。按照先墻后拱，從墻基開始自下而上進(jìn)行噴射，噴頭呈螺旋狀運(yùn)動(dòng)，一圈壓半圈反復(fù)運(yùn)動(dòng)噴射。保持受噴面和噴頭的垂直，噴槍頭和受噴面的垂直距離要控制在0.8～1.0 m之間。噴射時(shí)，噴漿機(jī)的供風(fēng)壓力在0.4 MPa，水壓應(yīng)比風(fēng)壓高0.1 MPa左右，加水量憑射手的經(jīng)驗(yàn)加以控制，最合適的水灰比是0.4～0.5。一次噴射混凝土厚度30～50 mm。

(3) 噴射工作。噴射工作開始前，對(duì)噴漿管路要進(jìn)行檢查，施工完成后，將噴頭卸掉，對(duì)噴漿機(jī)和水環(huán)上的材料和灰漿進(jìn)行清洗，噴射的過程中，不允許將噴射槍頭對(duì)著施工人員，當(dāng)出現(xiàn)堵塞故障時(shí)，要將噴口朝下握緊噴口。

(4) 噴射質(zhì)量。噴射前要對(duì)浮矸和巖幫進(jìn)行清理，確保噴射的均勻性，不允許有裂縫出現(xiàn)。

5 支護(hù)工程的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

5.1 錨噴支護(hù)工程的質(zhì)量控制

嚴(yán)格控制錨桿孔的深度和排距，深度偏差范圍要控制在0～+50 mm，排距允許偏差為±100 mm，托盤外，錨桿外漏≤50 mm。錨固劑和錨桿都要有合格證，錨固劑出場(chǎng)日期要在允許使用范圍之內(nèi)。錨桿安裝必須牢固，托板密貼壁面，未接觸部位必須楔緊[4]。錨固力樹脂錨桿要在120 kN以上。

5.2 砼支護(hù)工程的質(zhì)量控制

水泥、骨料、水、外加劑質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。立井半徑0～+50 mm合格，0～+30 mm優(yōu)良。機(jī)電硐室中線至任一幫距離0～+50 mm合格，0～+30 mm優(yōu)良，腰線至頂?shù)装寰嚯x0～+50 mm合格，0～+30 mm優(yōu)良。井壁厚度局部-50 mm合格，不小于設(shè)計(jì)值優(yōu)良，硐室壁厚度局部-50 mm合格，不小于設(shè)計(jì)值為優(yōu)良。砼表面無裂縫、蜂窩、孔洞、露筋為優(yōu)良[5]。接茬平整度立井≤30 mm，硐室≤15 mm。砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定，任一組試塊不低于設(shè)計(jì)85%。

6 結(jié) 論

對(duì)于軟巖中出現(xiàn)的特殊硐室來說，在設(shè)計(jì)和施工的過程中，要對(duì)軟巖的膨脹性、可塑性、流變性進(jìn)行全面詳細(xì)的考慮?？紤]到硐室有特殊的用途，不可以對(duì)其反復(fù)進(jìn)行修整。所以，要先使用剛?cè)狁詈系闹ёo(hù)技術(shù)將高應(yīng)力軟巖地壓完全進(jìn)行轉(zhuǎn)化，然后在最合適的時(shí)間段再次進(jìn)行支護(hù)。在支護(hù)的過程中，不可以多度的強(qiáng)調(diào)放壓，當(dāng)放壓到一定的程度時(shí)，要選擇合理的支護(hù)連接方法，從而對(duì)圍巖的位移進(jìn)行控制，對(duì)于特殊的機(jī)電硐室來說，高應(yīng)力軟巖底板是一個(gè)不容忽視的薄弱環(huán)節(jié)。試驗(yàn)證明，在底板中布置錨索進(jìn)行二次支護(hù)，是一種很有效的軟巖巷道支護(hù)方法。

[1] 曹 忠,蒲志強(qiáng),劉德利.極厚煤層巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)研究和實(shí)踐[J].山東煤炭科技,2008(3):89-90.

[2] 施現(xiàn)院.劉汝江,張為民,等.錨網(wǎng)索噴支護(hù)技術(shù)在大型機(jī)電硐室的實(shí)踐[J].山東煤炭科技,2008(2):131-132.

[3] 曹 忠,蒲志強(qiáng),劉德利.極厚煤層巷道支護(hù)方案設(shè)計(jì)和實(shí)踐[J].采礦技術(shù),2008(6):67-68.

[4] 張 明,周士磊.軟巖大斷面硐室采用聯(lián)合支護(hù)技術(shù)施工實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2003(9):46-47.

[5] 張孝洪.二次支護(hù)技術(shù)在礦井深部巷道施工中的應(yīng)用[J].江西煤炭科技,2007(3):122-123.

2013-09-26)

羅勇軍(1976-)，男，工程師，本科，主要從事采礦技術(shù)研究工作，Email:543800337@qq.com。.