撞楔法支护在平硐冒顶段施工中的应用

王聚永

（科瑞索资源有限公司，塔吉克斯坦734012）

撞楔法支护在平硐冒顶段施工中的应用

王聚永

（科瑞索资源有限公司，塔吉克斯坦734012）

介绍了在老平硐恢复过程中撞楔法在冒顶段施工中的应用情况。实践证明，该方法能有效地应用于类似地段，并取得显著的经济效益，为其他类似工程提供有益的参考。

平硐；冒顶；撞楔法；超前支护

撞楔法是井巷工程掘进时使用的一种超前支护方法，常用在破碎围岩、松软围岩以及塌方冒顶区的施工中，是一种非常有效的支护方法。笔者所在的地下铅锌矿山在进行1 440m中段西平硐的恢复工程施工中，在恢复到冒顶段时，经过深入研究分析和方案对比，最终采用撞楔法顺利穿越了该区域。事实证明，这一方法不但降低了成本，保证了施工安全，而且加快了施工进度，取得了显著的经济效益和安全效益。

1 矿山概况

矿区位于塔吉克斯坦共和国萨格德州马斯特乔区，海拔1 000～1 800m。矿山于1950年开始基建，1954年建成投产，1984年开展较大规模生产，生产能力最大时曾达到170万t/a，1998年由于市场不景气及其他各种原因而停产。

2006年，该矿被国内公司收购，重新启动恢复生产。矿山地下开采设计规模为100万t/a，仍采用矿山已有的平硐—溜井加盲竖井、辅助斜坡道开拓系统，划分为9个生产中段，中段标高依次为1 650m、1 580m、1 510m、1 440m、1 370m、1 295m、1 220m、1 145m、1 070m，中段高度为70m或75m。

2 工程地质情况

矿区分布各类沉积岩、岩浆岩、变质岩。矿体下盘分布花岗闪长岩、变质砂岩和变质喷出岩，含矿围岩为矽卡岩；矿体上盘围岩为灰岩。上、下盘围岩及含矿岩石一般属中等稳固岩石，在局部构造带上岩石的稳固性较差。

表1 矿岩坚固性系数Table 1 The firmness coefficient of ores and rocks

3 工程概况

1 440m中段东侧与辅助斜坡道相连，西侧有平硐与地表相通。在矿山停产之前，该中段已闭坑。但根据地质资料，该中段还有140多万t地质矿量。因此需要对该中段进行恢复，回采这部分矿量。经现场考察，西平硐在前进约560m的地方已出现大面积冒顶。冒顶处巷道围岩为凝灰质粉砂岩。此种岩石膨胀率较大，遇水易崩解、碎裂成粉状，随掘随落，使巷道产生冒顶片帮等不良地质现象。我们从塌方现场已经观察到，冒顶下来的渣石都已经以粉末状存在，充满整个巷道。前进方向的冒顶情况尚不清楚。而且附近20m左右长的巷道由于承受地压过大，原混凝土侧墙和加固的木支架、钢支架均已严重变形，人员、设备不能通行。如不采取有效的施工方案，一来施工安全无法保证，二来将大大延缓工程的投入使用时间。

3 施工方案

3．1 方案选择

根据目前面临的情况，公司技术人员进行了研究和讨论，认为有两种解决方案：

方案1：避开严重变形区及冒顶区，施工绕道。绕道开口位置选在距离现冒顶区80m的地方，与27线穿脉贯通。此方案需要新掘130m的巷道，为保证巷道安全使用，采用50mm厚的C25喷射混凝土进行支护。

方案2：选择合适的支护方法，通过严重变形区和冒顶段。严重变形区顶板未变形，可以采取置换侧墙的方式进行加固处理。通过冒顶段可以选择的超前支护方式虽然比较多，但是根据我们现场的施工条件及当地施工材料情况，结合工程造价，只能采取“撞楔法”。采用“撞楔法”超前支护后，永久支护采用300mm厚的C25整体砼支护。

针对以上两种方案，公司技术人员进行了深入的研究对比，两种方案的优缺点见表2。

表2 方案对比表Table 2 Comparison of different schemes

针对方案2存在的问题，我们一方面查阅矿山原有图纸资料，另外一方面找原来的老工人了解情况。通过研究，我们发现冒顶段前方仍为整体混凝土支护，原有混凝土支护区域不会发生大面积冒顶现象。据此判断，冒顶段长度不会太长，预计在10 m左右。这样，方案2的整体处理费用比方案1要少，而且工期也短。

经过方案比较，最终决定采用方案2，即撞楔法穿越冒顶段。

3．2 撞楔法施工特点

撞楔法是在断层破碎带、松软岩体、冒顶地段中进行井巷工程施工常用的一种超前支护方法，作业人员可以在超前支护的保护下进行作业，安全通过围岩破碎地段，尤其是塌方冒顶段。撞楔法虽然施工进度慢，但是可以有效保证施工安全，减少出渣量，降低工程造价。

3．3 施工方法

3．3．1 严重变形段

1）护顶：严重变形区段断面为矩形，平顶直墙混凝土支护，受侧压力影响，混凝土墙部分开裂变形，从两帮向巷道内凸出，巷道内加强支护的木支架均已腐烂。平顶混凝土变形较少。该段施工尽量保持平顶混凝土的完整，防止破顶出现大面积塌方，难以控制。

施工时首先分段清理原腐烂的木支架，清理前先用方木（180mm×180mm）加固支撑顶板，再拆除腐烂木支架，然后在巷道两侧架设抬楼，如图1所示。

图1 抬楼Fig．1 Support platform

2）侧墙拆除：利用风镐和风钻凿密集空眼的方式拆除变形混凝土墙，尽量不采用爆破方式。边挖掘，边用背板支护松散岩体，清出混凝土支护空间后，即支模浇筑混凝土。混凝土厚度为300mm。

3）混凝土浇筑：混凝土标号按C25配制，硐外搅拌，用矿车运至浇筑点，采用人工打铲入模，扦入式振捣器捣固，混凝土的配合比按定额用量或经验数据选取。侧压力经观察为围岩遇水膨胀所产生。考虑钢筋不能整体绑扎，其抗压作用不大，采用12＃槽钢或15kg/m旧钢轨按一定间距立于侧墙内，增强抗侧压力的能力。如图2所示。

4）按此方式逐段推进，通过严重变形区。

图2 侧墙支护Fig．2 Sidewall support

3．3．2 冒顶区域

1）施工工艺流程。施工准备→安装楔子支架→密集打入楔子护顶→清渣装车→再支楔子支架→打入楔子护顶→观察侧墙混凝土变形情况→按变形区方法置换侧墙混凝土→接口部位升高楔子护顶→顶部混凝土浇筑。

2）施工步骤。

（1）施工准备：按照施工所需的支护材料种类、数量进行准备，并按照设计图纸要求的尺寸提前加工好备用，同时做好其他准备工作。

（2）安装支架：第一架支架的位置尽量选择在靠近冒顶段边缘的地方，采用矿山现有的15kg/m旧钢轨作为支架材料。支架分为立柱和顶梁三个部分，两个立柱下方应采用δ＝16mm的钢板焊接，以保证立柱与底板的接触面积。立柱与顶梁端部分别焊接δ＝16mm的钢板，然后使用螺栓连接。支架之间用12＃槽钢连接。支架上部留出楔子进入的间隙。顶梁与立柱上部的一部分后期进行永久支护时与混凝土浇筑在一起。

（3）穿楔：楔子材料可以在硬质木材、钢性型材管材之间选择。楔子向上施工，与顶板夹角为10°～15°。楔子应多次打入，每次打入200mm左右。考虑第一排楔子存在升高的置换过程，采用木楔子为宜，便于更换，木楔子选用直径为50～60mm的原木制作，将木楔子的一端削尖。可以采用木锤将木楔子打入到冒顶渣堆中，避免把楔尾打劈。从第二排楔子起，采用钢性管材型材制作。如果楔子能用机械顶进，则采用10＃～12＃槽钢或Ф50mm焊管，长度以7m为宜。若现场无合适的机械顶入，则采用人工打入的方式，采用Ф40mm的架管，打入的深度视岩石松散情况而定，以4m左右为宜。考虑到冒落渣石为粉状，因此穿楔要成排密集布满整个顶板，避免漏渣。如图3所示。

图3 撞楔法示意图Fig．3 The sketch map of bumping beam method

（4）出渣：在穿楔的保护下，作业人员进行出渣作业。出渣长度以不影响穿楔前端稳定性为准，过长容易导致穿楔前端下沉。清理到下一架支架位置时，清出两侧立柱位置即可，保留中间渣堆。支架安装以后，即可进行下一轮的穿楔作业。

（5）侧墙基础置换：冒顶区域的侧墙一般不会变形。如有局部发生变形需要处理的，按照严重变形区侧墙的置换方法进行处理即可。

（6）顶板混凝土浇筑：顶板混凝土如果采用拱形，顶板受力、抗压情况会比较好。但是，严重变形区的顶板已经是平顶，此处换成拱顶无多大必要；而且，升高楔子护顶的难度较大；再者，1 440 m中段的服务年限短，只有2～3年，因此顶板仍采用平顶的形式。顶部按一定间距放置废旧钢轨，一并进行混凝土浇筑，增强抗压力。如图4所示。

图4 顶板支护Fig．4 Roof support

3．3 质量、安全控制措施

1）项目部要对现场施工人员进行详细的技术、安全、质量交底。

2）楔子支架要保证焊接质量，安装牢固，防止压力过大，产生下沉现象，从而引起上部穿楔垮塌。

3）楔子和支架要按照设计要求进行施工，防止整体混凝土浇筑时，超出设计。

4）根据现场实际情况，可以灵活调整各项设计参数。

5）安排有丰富施工经验的班组长担任现场施工员、安全员，重点观察顶板，侧墙的稳固情况，异常情况应将人员撤离危险区，施工人员必须服从统一指挥。

6）抽调精干力量，组织三班人员作业，缩短超前支护承压时间。

4 效益分析

该工程从2008年6月底开始进行施工，直到7月1 0日顺利通过该区域，用时12d，施工费用不到3万美元。冒顶段长度仅有6m。方案2明显比方案1节约了8万美元，具有显著的经济效益。两种方案的工程投资与工期对比见表3。

表3 方案对比表Table 3 Comparison of different schemes

5 结论

在老矿山恢复工程施工过程中，经常会遇到与本文所述类似的情况，这就需要工程技术人员多方搜集相关资料，了解情况，在此基础上，进行科学合理的分析，确定最佳的施工方案，能够带来意想不到的效果，为企业创造显著的经济效益，取得安全生产和经济效益的双赢。

［1］东兆星，吴士良．井巷工程［M］．徐州：中国矿业大学出版社，2004．

［2］焦长军．撞楔法在恢复水淹斜井中的应用［J］．煤炭技术，2002，21（10）：61－62．

［3］吴莹．撞楔法在巷道掘进过断层的应用［J］．华东科技：学术版，2013（6）：348．

［4］吴莹．撞楔法在井巷工程中的特殊应用［J］．中国科技博览，2013，33：310．

［5］《简明建井工程手册》编委会．简明建井工程手册（上册）［M］．北京：煤炭工业出版社，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，高级工程师，采矿工程专业，主要研究方向为矿山工程设计、矿山管理。