有色金屬礦山井巷超前樁支護

摘 要：有色金屬礦山整體地質條件較好，但有區(qū)域地段礦巖柔軟或破碎。超前樁支護解決掘進遇到大斷層、風化帶時，巷道不易通過的問題，也適合巷道通過一、二類弱粘性土時巷道的“挖掘”。

關鍵詞：超前樁；超前樁支護力學原理；定性分析；安全可行性；鋼支架臨時支護

前言

超前樁支護在佛子公司有兩個實踐應用，其一是260中段018線斜井超前樁支護，其二是六塘斜井超前樁支護，六塘斜井原是民窿，已收回，超前樁支護前嚴重塌方，因為礦山通風系統(tǒng)建設的需要，需重新開通六塘斜井。

掘進018線斜井時遇到大斷層破碎帶，如強行挖掘，破碎帶的碎石就會一直往上塌落，直到不可收拾，這種情況應該是可預見的。為了避免這種情況的發(fā)生，我們依據(jù)力學中的懸梁假說和固定梁假說、松散體力學假說的原理推理出超前樁支護的安全可行性。并完成了018線斜井的掘進。

文章以六塘超前樁為例說明超前樁支護設計力學原理、工藝及相關技術經(jīng)濟指標。

1 超前樁支護掘進設計力學原理（定性分析）

六塘超前樁支護掘進設計不考慮原生構造地應力殘留和新地壓活動，理由是204地質隊提供地質報告稱：佛子礦區(qū)原生構造地應力殘留極小，開礦以來，我礦區(qū)未有過大地壓活動，且六塘斜井上方周圍無采場空區(qū)。

1.1 超前樁杠桿力學原理

依據(jù)杠桿力學原理打入超前樁后，在未做其他支護前，樁底下挖空不能超過樁長的1/2。六塘超前樁的樁長2～2.5米，在未做任何支護下挖掘是不經(jīng)濟的，所以，在打樁前先用型鋼支好龍門架。在架的橫梁上打超前樁，這樣，可在超前樁底下挖空更大的長度，在這種情況下超前樁受力是典型的活動梁載荷。挖空后，每隔0.5米再支一卡龍門架，龍門架之間用型鋼連接，成臨時鋼架支護。

1.2 超前樁松散體力學原理

超前樁受力是典型的活動梁載荷，其受力大小的計算依據(jù)：超前樁的受力可以依據(jù)松散體力學原理計算，松散體力學原理認為矩形小斷面空區(qū)上部受力與跨度有關，而與空區(qū)距地表深度無關，其受力為高度H=（3～5）*L（H為松散體，L為跨度）松散體的自重，H高度以上松散體重力，形成自然平衡拱分壓到空區(qū)兩壁，依據(jù)這個原理，經(jīng)過計算，選用2寸鋼管，每隔200mm打一條超前樁，可滿足抗彎和擴剪切強度要求。以上理論不適用有大地壓活動時受力計算。

超前樁選用材料考慮因素：由于超前樁打樁是用人工打樁，首先要考慮容易打，還要打得深，方可節(jié)約人力成本和材料成本，選用鋼管為超前樁材料，可最大限度減少打樁阻力。盡管鋼管的受力特點是抗曲效果好，抗彎曲、抗剪切較差，槽鋼抗彎曲效果更好、工字鋼抗剪切效果更好，還是選用鋼管為超樁材料。

1.3 鋼筋砼力學原理

鋼筋砼力學認為：鋼筋砼擴壓強度與純砼無多大區(qū)別，鋼筋加強了砼的抗拉、抗剪切、抗彎曲強度，在抗拉、抗剪切、抗彎曲強度粗略的計算可以用鋼筋的許用強度，而忽略鋼筋的強度計算，鋼筋還起到擴混凝土緩變和加強混凝土擴變形，本設計臨時支護材料強度已足夠，在砼加鋼筋主要是加強混凝土擴變形能力。

1.4 六塘超前樁支護設計（如圖1所示）

2 超前樁支護掘進工藝

六塘超前樁支護掘進工藝，在超前樁支護掘進設計力學原理有提及一般的情形，本節(jié)作一些補充。龍門架材料為14cm槽鋼，龍門架基礎深20cm，基礎縱橫用4cm槽鋼焊接連接，每掘20米用C20砼基礎。龍門架兩壁各用2條4cm槽鋼焊接連接、兩壁上部各用一條8cm槽鋼焊接連接。在架頂楔入木板密封，防止松散體在超前樁縫隙落下。在特別松散段支架兩壁需楔入木板密封，防止松散體在兩壁脫落，樁長2米，可挖掘1.5米，即每1.5米打一排超前樁。提升方式：用自制0.2立方米斗車，固定連接，10千瓦慢動絞車，4cm槽鋼軌道。

提升安全設施：井頭安全門，工作面雙重安全門。

3 施工安全注意事項

在施工過程中，不要相信粗略的計算，在龍門架有嚴重的變形時，要加密龍門架，特別是在龍門架發(fā)出有異聲時，工作人員要迅速撤出工作面，等待地壓變化穩(wěn)定后再作處理，這不是設計計算的問題，而是地壓活動的不確定性造成的。在六塘工程中，有斜井入口支護發(fā)生過龍門架嚴重變形，在斜井約80米發(fā)生過龍門架嚴重變形，都是采用加密龍門架進行處理。由于鋼架支護是塑性材料，一般情形，其變形及破壞是緩慢的，只要施工過程注意觀察，小型地壓活動的破壞，處理得當可以減小到最小程度。

龍門架嚴重變形原因分析：主要是超前樁上方松散體沿超前樁縫隙落下，出空了上方松散體，上方空區(qū)塌落后地應力重新分布造成，所以，如果發(fā)生這種情形，必需記錄塌落松散體的量，以便計算上方空區(qū)體積，可盡早采取措施。

4 超前樁支護掘進主要技術經(jīng)濟指標

六塘超前樁支護掘進、永久性鋼筋砼支護已經(jīng)結束，總支護工程量平巷約22米，斜井約170米，整個施工過程是順利的，安全防范措施得當。

5 超前樁支護意義

通過超前樁支護，避免了工程方案被迫更改，保障工程的連續(xù)性。為工程進展爭取了時間，提高了生產(chǎn)效率。為巷道增強安全性，保障工人生產(chǎn)作業(yè)安全，改善作業(yè)環(huán)境條件。利用廢舊巷道大大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。

參考文獻

[1]采礦概論[M].

[2]204隊地質報告[R].

[3]有色金屬地下開采[M].

[4]巖體力學[M].

[5]井巷工程[M].

[6]金屬礦床地下開采[M].