复杂水文地质条件掘进技术在某矿山的应用

2016-09-26马少松朱梦然刘允秋

现代矿业 2016年5期

关键词：管棚间距锚杆

马少松　朱梦然　刘允秋

(1.河钢集团矿业有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；3.金属矿山安全与健康国家重点实验室；4.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司)

·实用技术·

复杂水文地质条件掘进技术在某矿山的应用

马少松1朱梦然1刘允秋2，3，4

河北钢铁集团某铁矿2#副井井下多处巷道岩石破碎，工作面揭露的黑云变粒岩节理发育，呈碎块状，顶板出现大量涌水，伴有塌方，水文地质条件极其复杂，平巷掘进困难重重。为此，经过现场勘查与技术分析，制定了破碎带先长探注浆治水，后用长管棚超前支护，再短掘短支的施工方案，采用钢支架加锚网临时支护，后用C30钢筋混凝土永久支护，保证了施工的顺利进行。

平巷掘进岩石破碎涌水长探注浆支护

河北钢铁集团某铁矿2#副井井下平巷-350m水平在探水注浆过程中卡钻、埋钻现象严重，岩石比较破碎，节理裂隙发育，且含水量较大；-475m工作面揭露的岩石为黑云变粒岩，节理发育，岩石极破碎，呈碎块状，顶板出现涌水，岩石硬度系数为Ⅴ级。

经过现场勘查与技术分析，最终确定了先长探注浆治水，后用长管棚超前支护，再用短掘短支的施工方法、采用钢支架加锚网临时支护及C30钢筋混凝土永久支护，保证了施工顺利进行。

1　长探注浆治水

1.1探水孔布置

根据探水孔及注浆情况分析(见图1)，3#、5#、6#注浆钻孔由于没有施工到设计位置，注浆量很少，为上次注浆的薄弱部位。为施工安全，在顶部以及右侧上帮各布设1个注浆孔(1#、2#)进行注浆探水施工，同时再增加2个检查孔(3#、4#)，以确保巷道掘进安全。本次注浆探水钻孔及检查孔布置见图2。

图1　注浆钻孔位置

1.2止浆墙的破除

止浆墙探水注浆结束后，清理探水时产生的碎渣，确保巷道底板完全露出，利用YT28风动凿岩机凿岩。由于混凝土内管路、锚杆等预埋件较多，采用分层爆破，控制好装药量。

图2　注浆钻孔位置布置(单位：mm)

2　长管棚超前支护

止浆墙破除2.5m后进行长管棚超前支护，采用φ76mm×4mm×15m钢管，根据设计标定好长管棚施工位置，利用潜孔钻开孔，预埋孔口管。孔口管采用φ108mm×3mm无缝钢管，钻孔施工到设计位置后安装长管棚，最后注浆固结钢管。

长管棚长15m，布置11个钻孔，钻孔布置示意见图3，钻孔参数见表1。

图3　长管棚布孔示意(单位：mm)

孔号垂直角/(°)水平角/(°)孔深/m距巷道中线/m距底板高/m1#2.0左偏7.315.1左2.2192.7952#3.8左偏6.615.1左1.9903.3493#5.4左偏5.415.1左1.6273.8274#6.6左偏3.815.1左1.1484.1905#7.3左偏2.015.1左0.5954.4196#7.6015.104.4987#7.3右偏2.015.1右0.5954.4198#6.6右偏3.815.1右1.1484.1909#5.4右偏5.415.1右1.6273.82710#3.8右偏6.615.1右1.9903.34911#2.0右偏7.315.1右2.2192.795

钻孔开孔直径130mm，终孔直径90mm，钻孔深度17m；为保证孔口管的抗拔力，在管外径上焊接螺旋状φ6mm钢筋，孔口管上端焊接高压法兰，与高压闸板阀相接。

3　破碎带掘进

破除剩余的止浆墙，施工一短管棚，短管尺寸为φ32mm×4mm×5m,管棚间距为200mm，管棚架好后再进行爆破作业。

3.1破碎带短探施工

巷道掘进前分别在巷道底板、两帮以及顶部施工5个探水钻孔，深度为5m，底板2个、左右帮各1个、顶板1个。施工中如发现出水，立即注浆封堵，确保掘进施工安全。

3.2破碎带掘进施工

断层破碎带采用“多打眼、少装药、短进尺、弱爆破”的原则进行开挖作业，严格控制周边眼间距及装药量，以减少超欠挖对围岩的震动。爆破采用先掘进小断面，后进行刷帮扩顶作业，一个循环施工1.0～2.0m，对于岩石极破碎地段采用风镐人工掘进，以保证围岩的稳定及施工顺利进行。

3.3钢支架临时支护

(1)每次爆破排矸后，立即进行29U型钢支架加锚网临时支护，要紧跟工作面，防止顶帮岩石塌落。

(2)利用YT28型风动凿岩机开凿锚杆眼，锚杆眼φ32mm。锚杆采用φ25mm螺纹钢，长2.0m，每架钢支架布10个锚杆眼，左右柱腿各3个、拱部4个，钢拱架两个柱脚底部向上250mm范围内务必各有一根侧向锚杆眼。钢支架间距为500～800mm。

(3)29U型钢支架安装。先挂好中腰线，在设计位置上安装钢支架的左右柱腿，并与锚杆焊接，再安装支架拱部，支架柱腿与拱部支架采用卡缆连接，每个搭接安装两套卡缆，间距为200mm。拱部安装好后要与锚杆焊接牢固。

(4)钢支架间采用拉杆连接，拉杆为φ25mm圆钢制作，长460～760mm，每个钢拱架用8根，左右柱腿3根，拱部2根。

(5)在钢支架间安装金属网，网片尺寸为1m×2m，采用φ8mm钢筋制作，网格100mm×100mm，网与网搭接长度100mm。

(6)片落较严重区采用圆木背板，片落空区采用C15混凝土充填密实。

(7)钢支架支护好后喷射C25混凝土，厚度为100mm。

4　钢筋混凝土永久支护

依据顶板的岩石情况，对临时支护巷道进行钢筋混凝土支护。

(1)钢筋网施工。混凝土钢筋采用φ22mm螺纹钢，环向间距220mm，纵向间距200mm，搭接长度902mm，保护层厚度为50mm。

钢筋网施工:首先绑扎3根环向钢筋，固定在锚杆上，再进行纵向钢筋绑扎，之后进行剩余环向钢筋绑扎。

(2)模板安装。采用组合钢模板，柱腿及拱架均采用[16槽钢加工，柱腿长2 200mm，拱架每段长3.85m；外弧半径2 450mm，采用50mm×5mm等边角钢连接，横担采用φ108mm钢管制作，长度4 768mm(包括连接板)，每架2根；连接板采用16mm钢板制作，M16×75mm螺丝连接；拱架间采用50mm×5mm等边角钢连接，确保拱架间距。钢组合模板安装后，保证钢筋保护层厚度。

(3)混凝土浇注。采用C30喷射混凝土浇注，浇注厚度230mm。

在地表搅拌干料，利用溜灰管下料。铲车将干料运至工作面，再用喷浆机将混凝土输送到需要浇注的位置。浇注前冲洗岩面，分层浇注，分层厚度为0.3m，左右两侧均匀浇注，防止跑模。

(4)拆模。混凝土浇注并养护24h拆模，拆除顺序先拱后墙。在模板拆除期间，柱腿及拱架等要分别摆放，以备后用。