撞楔法支護在平硐冒頂段施工中的應(yīng)用

王聚永

（科瑞索資源有限公司，塔吉克斯坦734012）

撞楔法支護在平硐冒頂段施工中的應(yīng)用

王聚永

（科瑞索資源有限公司，塔吉克斯坦734012）

介紹了在老平硐恢復(fù)過程中撞楔法在冒頂段施工中的應(yīng)用情況。實踐證明，該方法能有效地應(yīng)用于類似地段，并取得顯著的經(jīng)濟效益，為其他類似工程提供有益的參考。

平硐；冒頂；撞楔法；超前支護

撞楔法是井巷工程掘進時使用的一種超前支護方法，常用在破碎圍巖、松軟圍巖以及塌方冒頂區(qū)的施工中，是一種非常有效的支護方法。筆者所在的地下鉛鋅礦山在進行1 440m中段西平硐的恢復(fù)工程施工中，在恢復(fù)到冒頂段時，經(jīng)過深入研究分析和方案對比，最終采用撞楔法順利穿越了該區(qū)域。事實證明，這一方法不但降低了成本，保證了施工安全，而且加快了施工進度，取得了顯著的經(jīng)濟效益和安全效益。

1 礦山概況

礦區(qū)位于塔吉克斯坦共和國薩格德州馬斯特喬區(qū)，海拔1 000～1 800m。礦山于1950年開始基建，1954年建成投產(chǎn)，1984年開展較大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)能力最大時曾達到170萬t/a，1998年由于市場不景氣及其他各種原因而停產(chǎn)。

2006年，該礦被國內(nèi)公司收購，重新啟動恢復(fù)生產(chǎn)。礦山地下開采設(shè)計規(guī)模為100萬t/a，仍采用礦山已有的平硐—溜井加盲豎井、輔助斜坡道開拓系統(tǒng)，劃分為9個生產(chǎn)中段，中段標(biāo)高依次為1 650m、1 580m、1 510m、1 440m、1 370m、1 295m、1 220m、1 145m、1 070m，中段高度為70m或75m。

2 工程地質(zhì)情況

礦區(qū)分布各類沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖。礦體下盤分布花崗閃長巖、變質(zhì)砂巖和變質(zhì)噴出巖，含礦圍巖為矽卡巖；礦體上盤圍巖為灰?guī)r。上、下盤圍巖及含礦巖石一般屬中等穩(wěn)固巖石，在局部構(gòu)造帶上巖石的穩(wěn)固性較差。

表1 礦巖堅固性系數(shù)Table 1 The firmness coefficient of ores and rocks

3 工程概況

1 440m中段東側(cè)與輔助斜坡道相連，西側(cè)有平硐與地表相通。在礦山停產(chǎn)之前，該中段已閉坑。但根據(jù)地質(zhì)資料，該中段還有140多萬t地質(zhì)礦量。因此需要對該中段進行恢復(fù)，回采這部分礦量。經(jīng)現(xiàn)場考察，西平硐在前進約560m的地方已出現(xiàn)大面積冒頂。冒頂處巷道圍巖為凝灰質(zhì)粉砂巖。此種巖石膨脹率較大，遇水易崩解、碎裂成粉狀，隨掘隨落，使巷道產(chǎn)生冒頂片幫等不良地質(zhì)現(xiàn)象。我們從塌方現(xiàn)場已經(jīng)觀察到，冒頂下來的渣石都已經(jīng)以粉末狀存在，充滿整個巷道。前進方向的冒頂情況尚不清楚。而且附近20m左右長的巷道由于承受地壓過大，原混凝土側(cè)墻和加固的木支架、鋼支架均已嚴重變形，人員、設(shè)備不能通行。如不采取有效的施工方案，一來施工安全無法保證，二來將大大延緩工程的投入使用時間。

3 施工方案

3．1 方案選擇

根據(jù)目前面臨的情況，公司技術(shù)人員進行了研究和討論，認為有兩種解決方案：

方案1：避開嚴重變形區(qū)及冒頂區(qū)，施工繞道。繞道開口位置選在距離現(xiàn)冒頂區(qū)80m的地方，與27線穿脈貫通。此方案需要新掘130m的巷道，為保證巷道安全使用，采用50mm厚的C25噴射混凝土進行支護。

方案2：選擇合適的支護方法，通過嚴重變形區(qū)和冒頂段。嚴重變形區(qū)頂板未變形，可以采取置換側(cè)墻的方式進行加固處理。通過冒頂段可以選擇的超前支護方式雖然比較多，但是根據(jù)我們現(xiàn)場的施工條件及當(dāng)?shù)厥┕げ牧锨闆r，結(jié)合工程造價，只能采取“撞楔法”。采用“撞楔法”超前支護后，永久支護采用300mm厚的C25整體砼支護。

針對以上兩種方案，公司技術(shù)人員進行了深入的研究對比，兩種方案的優(yōu)缺點見表2。

表2 方案對比表Table 2 Comparison of different schemes

針對方案2存在的問題，我們一方面查閱礦山原有圖紙資料，另外一方面找原來的老工人了解情況。通過研究，我們發(fā)現(xiàn)冒頂段前方仍為整體混凝土支護，原有混凝土支護區(qū)域不會發(fā)生大面積冒頂現(xiàn)象。據(jù)此判斷，冒頂段長度不會太長，預(yù)計在10 m左右。這樣，方案2的整體處理費用比方案1要少，而且工期也短。

經(jīng)過方案比較，最終決定采用方案2，即撞楔法穿越冒頂段。

3．2 撞楔法施工特點

撞楔法是在斷層破碎帶、松軟巖體、冒頂?shù)囟沃羞M行井巷工程施工常用的一種超前支護方法，作業(yè)人員可以在超前支護的保護下進行作業(yè)，安全通過圍巖破碎地段，尤其是塌方冒頂段。撞楔法雖然施工進度慢，但是可以有效保證施工安全，減少出渣量，降低工程造價。

3．3 施工方法

3．3．1 嚴重變形段

1）護頂：嚴重變形區(qū)段斷面為矩形，平頂直墻混凝土支護，受側(cè)壓力影響，混凝土墻部分開裂變形，從兩幫向巷道內(nèi)凸出，巷道內(nèi)加強支護的木支架均已腐爛。平頂混凝土變形較少。該段施工盡量保持平頂混凝土的完整，防止破頂出現(xiàn)大面積塌方，難以控制。

施工時首先分段清理原腐爛的木支架，清理前先用方木（180mm×180mm）加固支撐頂板，再拆除腐爛木支架，然后在巷道兩側(cè)架設(shè)抬樓，如圖1所示。

圖1 抬樓Fig．1 Support platform

2）側(cè)墻拆除：利用風(fēng)鎬和風(fēng)鉆鑿密集空眼的方式拆除變形混凝土墻，盡量不采用爆破方式。邊挖掘，邊用背板支護松散巖體，清出混凝土支護空間后，即支模澆筑混凝土?；炷梁穸葹?00mm。

3）混凝土澆筑：混凝土標(biāo)號按C25配制，硐外攪拌，用礦車運至澆筑點，采用人工打鏟入模，扦入式振搗器搗固，混凝土的配合比按定額用量或經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。側(cè)壓力經(jīng)觀察為圍巖遇水膨脹所產(chǎn)生。考慮鋼筋不能整體綁扎，其抗壓作用不大，采用12＃槽鋼或15kg/m舊鋼軌按一定間距立于側(cè)墻內(nèi)，增強抗側(cè)壓力的能力。如圖2所示。

4）按此方式逐段推進，通過嚴重變形區(qū)。

圖2 側(cè)墻支護Fig．2 Sidewall support

3．3．2 冒頂區(qū)域

1）施工工藝流程。施工準(zhǔn)備→安裝楔子支架→密集打入楔子護頂→清渣裝車→再支楔子支架→打入楔子護頂→觀察側(cè)墻混凝土變形情況→按變形區(qū)方法置換側(cè)墻混凝土→接口部位升高楔子護頂→頂部混凝土澆筑。

2）施工步驟。

（1）施工準(zhǔn)備：按照施工所需的支護材料種類、數(shù)量進行準(zhǔn)備，并按照設(shè)計圖紙要求的尺寸提前加工好備用，同時做好其他準(zhǔn)備工作。

（2）安裝支架：第一架支架的位置盡量選擇在靠近冒頂段邊緣的地方，采用礦山現(xiàn)有的15kg/m舊鋼軌作為支架材料。支架分為立柱和頂梁三個部分，兩個立柱下方應(yīng)采用δ＝16mm的鋼板焊接，以保證立柱與底板的接觸面積。立柱與頂梁端部分別焊接δ＝16mm的鋼板，然后使用螺栓連接。支架之間用12＃槽鋼連接。支架上部留出楔子進入的間隙。頂梁與立柱上部的一部分后期進行永久支護時與混凝土澆筑在一起。

（3）穿楔：楔子材料可以在硬質(zhì)木材、鋼性型材管材之間選擇。楔子向上施工，與頂板夾角為10°～15°。楔子應(yīng)多次打入，每次打入200mm左右?？紤]第一排楔子存在升高的置換過程，采用木楔子為宜，便于更換，木楔子選用直徑為50～60mm的原木制作，將木楔子的一端削尖?？梢圆捎媚惧N將木楔子打入到冒頂渣堆中，避免把楔尾打劈。從第二排楔子起，采用鋼性管材型材制作。如果楔子能用機械頂進，則采用10＃～12＃槽鋼或Ф50mm焊管，長度以7m為宜。若現(xiàn)場無合適的機械頂入，則采用人工打入的方式，采用Ф40mm的架管，打入的深度視巖石松散情況而定，以4m左右為宜?？紤]到冒落渣石為粉狀，因此穿楔要成排密集布滿整個頂板，避免漏渣。如圖3所示。

圖3 撞楔法示意圖Fig．3 The sketch map of bumping beam method

（4）出渣：在穿楔的保護下，作業(yè)人員進行出渣作業(yè)。出渣長度以不影響穿楔前端穩(wěn)定性為準(zhǔn)，過長容易導(dǎo)致穿楔前端下沉。清理到下一架支架位置時，清出兩側(cè)立柱位置即可，保留中間渣堆。支架安裝以后，即可進行下一輪的穿楔作業(yè)。

（5）側(cè)墻基礎(chǔ)置換：冒頂區(qū)域的側(cè)墻一般不會變形。如有局部發(fā)生變形需要處理的，按照嚴重變形區(qū)側(cè)墻的置換方法進行處理即可。

（6）頂板混凝土澆筑：頂板混凝土如果采用拱形，頂板受力、抗壓情況會比較好。但是，嚴重變形區(qū)的頂板已經(jīng)是平頂，此處換成拱頂無多大必要；而且，升高楔子護頂?shù)碾y度較大；再者，1 440 m中段的服務(wù)年限短，只有2～3年，因此頂板仍采用平頂?shù)男问健ｍ敳堪匆欢ㄩg距放置廢舊鋼軌，一并進行混凝土澆筑，增強抗壓力。如圖4所示。

圖4 頂板支護Fig．4 Roof support

3．3 質(zhì)量、安全控制措施

1）項目部要對現(xiàn)場施工人員進行詳細的技術(shù)、安全、質(zhì)量交底。

2）楔子支架要保證焊接質(zhì)量，安裝牢固，防止壓力過大，產(chǎn)生下沉現(xiàn)象，從而引起上部穿楔垮塌。

3）楔子和支架要按照設(shè)計要求進行施工，防止整體混凝土澆筑時，超出設(shè)計。

4）根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可以靈活調(diào)整各項設(shè)計參數(shù)。

5）安排有豐富施工經(jīng)驗的班組長擔(dān)任現(xiàn)場施工員、安全員，重點觀察頂板，側(cè)墻的穩(wěn)固情況，異常情況應(yīng)將人員撤離危險區(qū)，施工人員必須服從統(tǒng)一指揮。

6）抽調(diào)精干力量，組織三班人員作業(yè)，縮短超前支護承壓時間。

4 效益分析

該工程從2008年6月底開始進行施工，直到7月1 0日順利通過該區(qū)域，用時12d，施工費用不到3萬美元。冒頂段長度僅有6m。方案2明顯比方案1節(jié)約了8萬美元，具有顯著的經(jīng)濟效益。兩種方案的工程投資與工期對比見表3。

表3 方案對比表Table 3 Comparison of different schemes

5 結(jié)論

在老礦山恢復(fù)工程施工過程中，經(jīng)常會遇到與本文所述類似的情況，這就需要工程技術(shù)人員多方搜集相關(guān)資料，了解情況，在此基礎(chǔ)上，進行科學(xué)合理的分析，確定最佳的施工方案，能夠帶來意想不到的效果，為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益，取得安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益的雙贏。

［1］東兆星，吳士良．井巷工程［M］．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004．

［2］焦長軍．撞楔法在恢復(fù)水淹斜井中的應(yīng)用［J］．煤炭技術(shù)，2002，21（10）：61－62．

［3］吳瑩．撞楔法在巷道掘進過斷層的應(yīng)用［J］．華東科技：學(xué)術(shù)版，2013（6）：348．

［4］吳瑩．撞楔法在井巷工程中的特殊應(yīng)用［J］．中國科技博覽，2013，33：310．

［5］《簡明建井工程手冊》編委會．簡明建井工程手冊（上冊）［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2000．

Application of bumping beam method in support construction of footrill roof fall area

WANG Juyong
（Kryso Resources Co．，Ltd．，Tajikistan 734012）

The application of bumping beam method in the construction of roof fall area during the recovery process of the old footrill is introduced．The method is proved to be effective in passing similar area and has achieved remarkable economic benefit．It can provide useful reference for other similar projects．

footrill；roof fall；bumping beam method；advance support

TD327

Α

1671－4172（2015）04－0064－04

10．3969/j．issn．1671－4172．2015．04．014

王聚永（1978－），男，高級工程師，采礦工程專業(yè)，主要研究方向為礦山工程設(shè)計、礦山管理。