破碎松软岩层地段巷道掘进施工工艺探究

刘昭伟 刘璇

摘  要：雷波新洋丰矿业投资有限公司巴姑磷矿II-1采区1400回风平巷岩层破碎松软，巷道掘进中顶帮垮塌严重，施工安全无法保障，工程进度停滞不前。采用金属“工字钢”拱架锲挑超前支护、加强松动光面爆破、浇注混凝土永久支护技术，克服了因地质构造带来的掘进施工中的困难，取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词：破碎松软岩层;巷道掘进;锲挑超前支护;光面爆破;浇注混凝土

中图分类号：TD262.1+4     文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）13-0126-03

Abstract： In Leibo Xinyangfeng Mining Investment Co.， Ltd. Bagu Phosphate Mine II-1 Mining Area 1400 wind roadway， the strata is broken and soft， the collapse of roadway excavation in the roof is serious， so that construction safety can not be guaranteed， and the progress of the project stagnated. By adopting the technology of metal "I-steel" arch frame advance support， strengthening loose smooth blasting and pouring concrete permanent support technology， the difficulties in excavation construction caused by geological structure have been overcome， and good economic and social benefits have been obtained.

Keywords： broken soft rock strata; roadway excavation; wedge advance support; smooth blasting; pouring concrete

引言

雷波新洋丰矿业投资有限公司巴姑磷矿属地下开采矿山，地处四川省凉山彝族自治州小凉山中段，康滇地轴东缘。矿区分为I-1、I-2、II-1、II-2、II-3采区。II-1采区1400回风平巷位于矿区北部，由于岩层破碎松软，巷道成形难度大，工程质量低，巷道围岩稳定时间短，工程进度停滞不前，顶帮事故时有发生，给采区建设、生产进度和安全管理造成极大影响。

根据集团公司发展规划和年度采掘计划，在总结现场施工经验和借鉴他人成功经验的基础上，探索应用了“金属拱架锲挑支护掘进施工方案”，取得了较好的施工效果。

1 施工条件

矿区地势总体东南高，北西低，最高海拔标高+2530m（依洛阿莫山）、最低海拔（金沙江）标高约+409m，相对高差2121m。矿体及顶底板构造复杂，破碎带和地表风化裂隙带发育，岩石破碎，稳固性差。矿体走向南北，西东倾向，倾角由南向北为28°→76°，属缓倾斜→倾斜→急倾斜薄矿体。

矿山设计能力100万吨/年，II-1采区设计能力40万吨/年，分区通风，独立运输，平硐→溜井开拓。

地表属第四纪地质构造，以风化破碎页岩为主，波积物厚度164m，地表坡度46°。1400回风平巷总长230m，设计净断面3.2m*3.2m，三心拱，拱高1.07m，岩层硬度系数f=2～4。巷道由底部岩层向地表穿层单向掘进，顺工作面推进方向岩层由破碎到软弱到松散，掘进施工方法为钻爆法。

2 施工步骤及参数

（1）根据巷道断面图确定巷道毛断面尺寸3.8m*3.5m，三心拱，拱高1.27m，用12.6号普通“工字钢”按毛断面要求制作钢拱架和钢腿，拱的两端和腿的上端分别焊接12mm厚带4×Ф20mm园孔150mm×150mm方型钢板，作为拱部与腿部螺栓联接板，腿的下端焊接12mm厚150mm×150mm钢板作为“钢脚”，安装时拱与腿采用4×Ф18mm螺杆联接。

（2）拱架安装，先用风镐和羊镐开挖拱架脚窝，脚窝深200mm，断面300mm×300mm，拱架脚放入脚窝内，再将拱和腿用螺栓联接牢固，如出现晃动需加焊金属锚桩将拱架稳定在帮壁上，再焊接Ф18mm螺纹钢作为前后拱架横向联接筋，联接筋间距为0.9m，拱架内侧间距为0.8m。

（3）固定好拱架后，在两担拱架之间用Ф40mm钢管作锲挑，采用斜钻导孔和撞击法将锲挑向前上方或帮壁外側倾斜装入未开挖的原岩体，形成超前支护。锲挑间距一般为300mm，锲挑长3.0m，安装角度12°。同时在距掌子面20m处采取平行作业方式对巷道实施浇注砼施工。

（4）钻眼爆破，采用加强松动光面爆破，每循环进尺控制在2.0m以内，由于岩层破碎松软，装药量需严格控制，半秒第一系列导爆管雷管起爆，反向爆破。药卷束外加防护套，爆孔封口，封口深度≥0.7m。爆破后采取抽压联合通风，待污风排净，集中人员和设备快速完成出碴及下一循环钢拱架、锲挑安装工程。

3 浇注砼支护工艺及参数

（1）在钢架间加焊Ф14mm螺纹钢加密拱架联接，钢筋网度为400mm×300mm。

（2）架设拱模内胎，内胎架设时巷道需留出一定的空间，确保矿车进出，确保工作面掘进施工不受影响。

（3）支模，现场选用金属模板，两帮钢模规格1.5m×0.5m×0.06m，拱部钢模规格1.5m×0.15m×0.06m，钢模间用螺杆联

接。安装钢模时，须将钢拱架夹在钢模中间，不得将钢拱架夹在钢模端部。

（4）砼浇注顺序从下至上，即先浇注两帮，再从拱的两帮向顶部浇注，最后在顶部封口。同时按照砼浇注顺序，用回柱绞车对锲挑进行回收再利用，现场掘进施工中回收再利用率达87%。

（5）浇注砼技术参数、标号及配比：浇注砼厚度300mm，标号为C25，选用32.5水泥，水灰比0.49，石子为40mm粒级料石，每浇注模板长度巷道需混凝土5m3。根据C25砼用料配比计算，共需原材料：水900kg，32.5水泥1835kg，沙3245kg，石子6020kg，速凝剂65kg。

要求：采用滚筒式搅拌机井口搅拌，每罐砼搅拌时间不得低于15min，搅拌好的混凝土存放时间不得超过20min，连续浇注。浇注过程中用插入式振动棒捣实砼。浇注工程结束7天后拆除模板。

4 爆破工艺及参数

（1）使用YT-28气腿式凿岩机打眼，钻爆法掘进施工，循环工作制，日作业2个循环。工作面2台凿岩机同时工作，单机有效凿孔速度≥250mm/min，Ф42mm“十字”合金钻头，2.5m长中空六角形钎杆。

（2）采用2号岩石乳化炸药。药卷直径Ф32mm，长度30cm时，单根药卷净重300g;药卷直径Ф32mm，长度20cm时，单根药卷净重200g。

（3）根据现场实践，确定炮孔布置及参数：炮孔直径d=42mm，最小抵抗线0.6m～0.9m，炮孔间距0.6m～0.8m。掏槽眼深2.5m，辅助眼深2.3m，周边眼间距0.6m，底眼间距0.7m，周边眼孔口距巷道轮廓线相距200mm，炮孔向轮廓线方向倾斜5°～7°，单位炸药消耗0.65kg/m3，每循环消耗炸药16kg。炮孔布置见图1，装药量及起爆顺序见表1。

（4）技术要点

a.光面爆破不偶合系数，合理的不偶合系数应使炮孔压力低于岩壁动抗压强度，高于岩壁动抗拉强度，通常为1.1～3.0。

b.光面炮眼间距，一般为炮眼直径的10～20倍，当岩质软弱、裂隙发育时取小值。最小抵抗线，光爆层厚度或周边眼到邻近辅助眼的距离，一般不小于光爆眼间距。

c.起爆间隔时间，同时起爆表面最平整，光爆效果最好，秒差延期起爆表面质量最差。同时起爆时，炮眼间贯通裂隙较长，抑制了其它方向裂隙发育，有利于减少炮眼周围裂隙的产生，有利于形成平整的光爆面。但同时起爆时爆轰波容易叠加，对岩壁和新浇砼支护有一定的破坏，实践证明，光爆眼采用分组微差爆破，选用微差第二系列导爆管雷管起爆，每组间延期时间控制在100ms内，取得了较好的光爆效果。

d.导爆管雷管装在孔底、实行反向爆破、一次成巷，有利于加快掘进速度，降低围岩破坏程度，炸药能量得到充分利用，减少有毒有害气体生成量。

e.除空眼外，凡装有药卷的炮孔装药后必须封口，封口材料选用水炮泥或含沙量约25%的粘土。

5 结束语

雷波新洋丰矿业投资有限公司巴姑磷矿II-1采区1400回风平巷，位于岩层破碎松软地段，采用锲挑超前支护掘进工艺，成功地治理了因地质构造带来的掘进施工中巷道顶板和帮壁垮塌严重的重大危险源，解决了巷道掘进施工中安全生产管理上存在的难题，保证了作业人员的施工安全，提高了工程质量和施工进度，确保了采区年度生产任务的提前完成，取得了较好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]陶颂霖.凿岩爆破[M].冶金工业出版社，1986.

[2]董方庭.井巷设计与施工[M].中国矿业大学出版社，1994.

[3]秦庚仁.礦井施工组织设计指南[S].煤炭工业出版社，2002.

[4]爆破工程设计施工常用与技术标准规范速用速查手册编委会.爆破工程设计施工常用与技术标准规范速用速查手册[S].中国知识出版社，2012.

[5]国家安全生产监督管理总局.金属非金属矿山建设项目安全设施目录（试行）[S].2015.

[6]中华人民共和国质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程（GB6722-2014）[S].2014.

[7]刘京之，杨振增，张广超，等.软弱岩层地段巷道掘进施工工艺探讨[A].采矿科学技术前沿论谈论文集[C].2016.