破碎围岩条件下井巷施工方法探讨

摘 要：文章以福建省天湖山能源公司曲斗二号井基建工程复杂地质条件为例，总结破碎围岩条件下井巷施工存在的问题，提出围岩破碎巷道掘进施工的措施及有效做法，望对矿井掘进施工有所借鉴。

关键词：破碎围岩；巷道掘进；顶板控制；施工方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.119

1 破碎围岩情况简介

曲斗矿二号井建设分基建和技改两部分，福建省197煤田地质勘探队（东辰地质勘查院）在《福建省永春县天湖山矿区上姚井田煤矿详查（最终）地质报告》中指出“本区断层发育，主要以缓倾角断层为主。根据性质划分为二组：滑脱断层有F1、F4、F6；推覆断层有F0、F5。此外北东向的高角度断层有F8正断层、F9逆断层等”。该工程在井巷施工过程中经常遇到断层、破碎带，主、付上山及+600标高以上的水平开拓、绞车房、变电所等掘进工程，架棚支护率高达90%以上，且多次发生较为严重的冒顶，是围岩破碎巷道掘进施工的典型案例。例如主付上山施工过程中，由于碰到断层、破碎带，发生冒顶并伴随淋水无法通过，被迫停止，转而从地面先掘通风井后实施下山施工来实现贯通。

2 破碎围岩施工常见的问题

破碎围岩井巷施工常见以下问题：一是未充分考虑巷道二次成巷断面要求，在进行二次成巷施工过程中需刷帮、挑顶，对巷道围岩形成二次破坏，从而增加二次成巷的施工难度及成本；二是对施工过程中的地质条件变化预判不足，论证、分析不到位，尤其是在碰到大的断层等情况时，施工方法不得当，安全技术措施不到位，造成大面积冒顶；三是支护方式及支护质量不满足破碎围岩井巷施工要求，如棚架连接不牢固，背帮背顶不严实，支护整体性差，随着时间推移，围岩应力产生变化，造成倒棚或片帮、冒顶。

3 破碎围岩施工主要技术措施及方法

3.1 根据巷道断面设计要求，充分考虑二次成巷需求，尽量一次成巷

在围岩应力变化不大但需进行砌碹二次成巷的较破碎区域进行井巷掘进时，应一次性掘出砌碹断面，进行砌碹成巷时避免二次刷帮、挑顶。在遇到大断层等容易产生冒顶区域进行巷道掘进时，应考虑临时支护后的净断面满足二次成巷断面要求，进行砌碹成巷时可以不拆棚，直接将原有临时棚架支护包在碹体内，避免拆棚造成冒顶事故，提高施工安全系数及工程进度。如曲斗二号井首采区上部车场等巷道掘进时，未一次性掘足砌碹断面，半年后进行砌碹永久支护时大部分都需拆棚、刷帮、挑顶，造成大量的片帮、冒顶，而且每一次放顶后都必须用大量坑木进行临时控顶，增加了施工难度及成本，安全系数也大大降低。

3.2 加强地质分析，因地制宜采取相适应的施工方法

3.2.1 采用短掘短砌施工方法

巷道围岩应力变化大、周期短的掘进巷道应采用短掘短砌施工方法，即掘进施工上取消临时支护，全断面掘完后立即组织砌碹封闭，有效减少围岩暴露时间，减缓围岩应力变化，提升巷道支护强度，同时降低二次成巷的施工难度、成本投入。采用短掘短砌施工时应注意控制掘进步距，缩小空顶面积，确保施工安全。

3.2.2 采用局部小斷面超前掘进施工方法（导硐法）

车场、交岔点或机房硐室掘进施工时可采取此法，此法起到了控制围岩暴露面积，缩短围岩暴露时间的作用，降低了工作面初期的支护难度，为工作面的正常支护赢得宝贵的时间。例如：在稳定性差的破碎岩层中掘进交岔点时，不允许一次暴露的面积过大，可采用导硐施工法，先以小断面导硐将交岔点各巷口、柱墩、边墙掘砌好后，从主巷向岔口方向挑顶砌拱，为了加快施工速度，缩短围岩暴露时间，中间岩柱暂时留下，待交岔点刷砌好后，最后用放小炮的方法把它除掉。

3.2.3 采取超前插管形成人工假顶的支护方法（撞楔法）

在巷道即将掘进到破碎岩层易发生冒顶区域时，先紧贴工作面架好支架，再从顶梁上部及棚腿两侧打入一排前端尖形的钢管（或钢钎、锚杆等），超前插入围岩起加固作用，然后挖一段，再打入一段，使插管前端始终保持超前工作面插在岩层内，以防止冒顶、片帮。待挖入一架棚的空间后立即再紧贴迎头架好一架棚，并用拉杆、扒钉钉牢，如此循环，使巷道穿过破碎岩层。撞楔法在曲斗二号井首采区掘进施工时多次应用，效果显著，在新掘巷道遇到断层临水区域易片冒，帮顶难于控制时，将钢钎或锚杆（视围岩状况而定）作为超前支护材料，用风钻超前打入岩体内，实现超前控顶，冒顶区域整修时一般使用废旧钢管削尖用大锤打入或风钻顶入，实现超前控顶。撞楔法应根据围岩状况合理布置插管密度，并控制好循环步距。整修断层冒顶时，可将撞楔法和掏硐法结合应用，先采用撞楔法局部控制冒顶区域的冒碴，再采用导硐法分区域掏小硐进行砌碹支护。

3.3 根据围岩条件采用合适的破岩方法

破岩方法对巷道围岩破坏影响巨大，在破碎、松软围岩条件下最好采取人力破岩或用风镐破岩，其次应采取控制爆破技术，针对施工中围岩破碎情况，采用控制炮眼深度、间距，严格控制装药量，必要时增打周边空眼，采用切割预裂爆破技术，降低爆破对围岩的破坏程度。采用短掘短砌、导硐法、撞楔法施工时更应视现场条件采用合适的破岩方法，既要减少对巷道围岩的破坏，又要确保后路原有支护不受破坏。

3.4 明确支护方式，确保支护质量

在破碎围岩巷道掘进施工过程中应加强地质条件分析，合理设计支护方式，明确支护施工质量要求，条件发生变化时应及时制定安全技术措施改变支护方式，确保支护安全。破碎围岩区域掘进施工的背帮、背顶环节极其重要，尤其是在风化带或淋水带，如果帮、顶未背严实，就会经常掉碴，久而久之就会使得棚架逐渐失去稳定性，进而发生冒顶，背帮、背顶的材料可用半圆木、竹篱笆，淋水处应适当使用袋装木屑，总之以不漏碴为原则。如曲斗二号井上姚风井在风化带掘进时由于帮、顶背得不够严实，经常出现掉碴，经过一段时间积累后，在离硐口15米处终因掉碴太多棚架失稳，顶板来压推倒棚架形成大范围冒顶，并最终冒通地表。

参考文献：

[1]吴再生，刘禄生.井巷工程[M].北京：煤炭工业出版社，2005：222-224.

作者简介：涂友源（1978-），男，本科，采矿工程师，研究方向：井巷工程施工。