矿建工程中特殊硐室的软岩支护技术

罗勇军

(金诚信矿业管理股份有限公司, 北京 101500)

矿建工程中特殊硐室的软岩支护技术

罗勇军

(金诚信矿业管理股份有限公司, 北京 101500)

在我国，矿建工程的深度的不断增加，硐室支护和矿井的软岩巷道的加固变得越来越重要，单纯的提高支护强度已经无法解决硐室和软岩巷道的支护问题。基于此，对矿建工程中特殊硐室软岩支护技术进行了探讨。

矿建工程；特殊硐室；软岩支护技术

1 工程概况

某副井井筒设计净径6.5 m，井深660 m，地表绝对标高为+176 m，管子道底板绝对标高-443.860 m(井深619.860 m)，位于井筒东侧，平台段支护长度3 m，净宽4.2 m，掘进高度4 m，拱高1.4 m(三心拱)，断面面积18.434 m2，基础深0.4 m，支护厚度0.4 m，砼标号C30。中段马头门底板绝对标高-454 m(井深630 m)。该马头门为双侧对开，分别位于副井井筒北侧和南侧，单侧支护长度6 m，净宽5.5 m，支护厚度0.4 m，拱高1.833 m(三心拱)，基础深0.4 m，砼标号C30。信号及操作控制室：布置在北侧马头门东侧，支护长度3 m，净宽3.0 m，净高3.0 m，支护厚度0.4 m，铺底厚0.1 m，砼标号C30。人行绕道：净宽度0.8 m，墙高1.8 m，拱高0.4 m(半圆拱)，基础深0.4 m，支护厚度0.4 m，砼标号C30。-350 m中段石门：北侧石门净宽4.35 m，净高3.45 m，喷射混凝土支护，喷射厚度0.1 m，强度等级C20；南侧石门净宽4.2 m，净高3.6 m，喷射混凝土支护，喷射厚度0.1 m，强度等级C20。根据业主提供的副井井筒地质资料显示，马头门岩性为闪长岩，岩层基本稳定，在近期井筒施工过程中涌水量有所增大，-428 m处实测涌水量51.899 m3/h。施工过程中严格执行《副井“长探短掘”安全技术措施》。

2 硐室部分的掘进方法

在对硐室部分进行挖掘时，使用Φ32×200 mm的岩石乳化炸药、0.5 s延期导爆管，并使用发爆器进行起爆，选择井口20 m以外的位置作为起爆点，并利用起爆针和放炮电缆相连接的方法将导爆管引爆，凿岩使用YT-28风钻配Φ22中空六角钢钻杆和Φ40 mm钻头炮眼的深度控制在2.0～2.2 m。

3 硐室的支护方式及施工工艺

3.1 临时支护及一次支护

管子道、井筒623.5～630 m段、马头门及相关硐室掘进过程中采用锚网喷临时支护，马头门采用M22×2000 mm左旋无纵肋螺纹钢树脂锚杆，间排距1000 mm×1000 mm，矩形布置；每根锚杆使用2支锚固剂，1支K2550，1支Z2550，锚固长度为1 m；锚杆托板采用δ8 mm钢板加工，规格为150 mm×150 mm；锚杆均使用配套标准阻尼螺母紧固。锚固力不得小于120 kN。锚杆打设要先按设计要求打好锚杆孔，孔深大于锚杆全长100 mm为宜(深度2100 mm)，用风钻将锚杆顶入眼内，使锚杆托盘紧贴岩面。管子道及井筒部分视岩石情况可采用DN42×1800 mm管缝锚杆配合金属网进行锚网喷临时支护，锚杆盘用δ8 mm钢板加工，规格为150 mm×150 mm，间排距为1000 mm×1000 mm，锚固力不得小于60 kN。金属网采用φ6.5 mm的圆钢焊制，网片规格为2000 mm×1000 mm，网格为100 mm×100 mm，网要压岔搭接，搭接长度为100 mm，相邻两块网之间用12号铁丝连接，连接点要均匀布置，间距200 mm。喷射砼的强度等级C20，喷射厚度50 mm，采用PO425硅酸盐水泥、河砂(含水率4%～6%)、石子粒径(5～10 mm)，配和比为水泥∶石子∶砂∶水=1∶1.79∶2.92∶0.52。在集中搅拌站将水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水搅拌均匀后，用灰罐送到井下。

3.2 永久支护

使用标号为C30的混凝土对井筒部分进行支护，支护厚度为400 mm，混凝土材料为中粗砂、PO425硅酸盐水泥、颗粒直径1～3 cm的石子，并根据各个指标的要求对含泥量和级配进行控制，拌合用水不可以含有油污、碱、酸物质。同时信号、马头门、操作控制室、绕道也都分别使用混凝土进行支护。

3.3 砼配比、制作和运输

经过试验确定出混凝土的实际配合比例为水泥∶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。在集中搅拌站将水泥、砂子、碎石、按重量比混合加水搅拌均匀后，用灰罐送到井下。井筒与马头门连接处同时浇注段的砼直接入模，相关硐室人工入模。

4 支护工艺

4.1 锚杆安装工艺

(1) 铺金属网、打锚杆眼。打眼时，要先对巷道的断面情况进行检查，及时处理不符合规定标准的施工作业，要对顶帮围岩的情况进行检查，查找危岩和活矸，确保安全后将锚杆的眼位点出，并进行钻眼，保证钻孔深度误差在100 mm以下，眼向误差要在15°以下[1]。锚杆眼打好后，对眼中的积水和岩粉进行清理，铺设金属网时，要保证其和岩面紧贴。锚杆穿过金属网网格布设，确保锚杆托盘压网。要按照先顶后帮、从外到内按顺序进行施工。

(2) 锚杆安装。安装锚杆前，先使用压风把孔中的岩粉清理干净，清理中孔中的积水，然后把2块树脂锚固剂送入眼底，把锚杆套上托盘插入锚杆眼内，使锚杆顶住树脂锚固剂，用风钻及安装器卡住螺帽，然后开动风钻。要保证锚固剂搅拌的均匀性，搅拌时间控制在25～45 s，并按照先慢后快的方法进行搅拌，在锚杆达到设计的深度后，要停留15 s左右，最后对锚杆施加预紧力，拧紧力矩要在120 N•m[2]以上。锚杆支护后使用喷浆进行封闭，初喷厚度50 mm，每300根锚杆做一次拉力试验，分别抽查测试顶部和两帮之间的锚杆的锚固拉力。

4.2 喷射混凝土

(1) 准备工作。首先按照设计要求对锚索安装、锚杆安装和金属网铺情况进行检查，及时处理遇到的问题，对施工现场的矸石杂物进行清理，将风、水管路接好，保证接头的紧密性，不允许使用非抗静电的塑料管作为输料管。对喷浆机的完好性进行检查[3]。岩面要经过高压风水清洗后才可以进行喷射，分别在两帮、两肩和巷道的拱顶设置标志。

(2) 喷射混凝土的工艺要求。按照先墙后拱，从墙基开始自下而上进行喷射，喷头呈螺旋状运动，一圈压半圈反复运动喷射。保持受喷面和喷头的垂直，喷枪头和受喷面的垂直距离要控制在0.8～1.0 m之间。喷射时，喷浆机的供风压力在0.4 MPa，水压应比风压高0.1 MPa左右，加水量凭射手的经验加以控制，最合适的水灰比是0.4～0.5。一次喷射混凝土厚度30～50 mm。

(3) 喷射工作。喷射工作开始前，对喷浆管路要进行检查，施工完成后，将喷头卸掉，对喷浆机和水环上的材料和灰浆进行清洗，喷射的过程中，不允许将喷射枪头对着施工人员，当出现堵塞故障时，要将喷口朝下握紧喷口。

(4) 喷射质量。喷射前要对浮矸和岩帮进行清理，确保喷射的均匀性，不允许有裂缝出现。

5 支护工程的质量控制标准

5.1 锚喷支护工程的质量控制

严格控制锚杆孔的深度和排距，深度偏差范围要控制在0～+50 mm，排距允许偏差为±100 mm，托盘外，锚杆外漏≤50 mm。锚固剂和锚杆都要有合格证，锚固剂出场日期要在允许使用范围之内。锚杆安装必须牢固，托板密贴壁面，未接触部位必须楔紧[4]。锚固力树脂锚杆要在120 kN以上。

5.2 砼支护工程的质量控制

水泥、骨料、水、外加剂质量符合设计要求。立井半径0～+50 mm合格，0～+30 mm优良。机电硐室中线至任一帮距离0～+50 mm合格，0～+30 mm优良，腰线至顶底板距离0～+50 mm合格，0～+30 mm优良。井壁厚度局部-50 mm合格，不小于设计值优良，硐室壁厚度局部-50 mm合格，不小于设计值为优良。砼表面无裂缝、蜂窝、孔洞、露筋为优良[5]。接茬平整度立井≤30 mm，硐室≤15 mm。砼强度达到设计规定，任一组试块不低于设计85%。

6 结 论

对于软岩中出现的特殊硐室来说，在设计和施工的过程中，要对软岩的膨胀性、可塑性、流变性进行全面详细的考虑。考虑到硐室有特殊的用途，不可以对其反复进行修整。所以，要先使用刚柔耦合的支护技术将高应力软岩地压完全进行转化，然后在最合适的时间段再次进行支护。在支护的过程中，不可以多度的强调放压，当放压到一定的程度时，要选择合理的支护连接方法，从而对围岩的位移进行控制，对于特殊的机电硐室来说，高应力软岩底板是一个不容忽视的薄弱环节。试验证明，在底板中布置锚索进行二次支护，是一种很有效的软岩巷道支护方法。

[1] 曹 忠,蒲志强,刘德利.极厚煤层巷道支护方案设计研究和实践[J].山东煤炭科技,2008(3):89-90.

[2] 施现院.刘汝江,张为民,等.锚网索喷支护技术在大型机电硐室的实践[J].山东煤炭科技,2008(2):131-132.

[3] 曹 忠,蒲志强,刘德利.极厚煤层巷道支护方案设计和实践[J].采矿技术,2008(6):67-68.

[4] 张 明,周士磊.软岩大断面硐室采用联合支护技术施工实践[J].煤炭科学技术,2003(9):46-47.

[5] 张孝洪.二次支护技术在矿井深部巷道施工中的应用[J].江西煤炭科技,2007(3):122-123.

2013-09-26)

罗勇军(1976-)，男，工程师，本科，主要从事采矿技术研究工作，Email:543800337@qq.com。.