破碎软岩巷道超前锚杆加固试验研究
孙伟 宋登学 杨八九等
摘 要:超前支护是一种常见的巷道支护方式。某矿山巷道在施工过程通过松散、破碎地段时经常会发生冒落、垮塌等现象,影响了矿山的正常生产。本文将超前支护技术应用到该矿山的巷道支护中,通过超前支护现场试验得到了适合该矿山的支护工艺参数,通过试验表明超前支护技术能够有效的控制巷道掘进过程中冒落、垮塌问题。
关键词:超前支护;加固;巷道;破碎
在某礦山掘进支护中,存在不少松散、破碎地段,巷道开挖后的冒落、跨塌等灾害成为巷道掘进的困难因素之一,同时,带来严重的安全威胁。因此,开展超前支护技术加固技术研究具有重要的意义。在松散、破碎花岗岩岩体的巷道施工中,超前锚杆预支护是一种行之有效的新型支护结构。它与普通锚杆的本质区别在于安装程序的不同,普通锚杆是在巷道掘进一段距离之后开始安装,而超前锚杆则在开挖之前先装好[1,2]。开挖完成后,马上施加普通垂直锚杆支护或喷射混凝土支护,能有效防止巷道顶部掉块。本文针对某矿破碎巷道支护需求,开展了超前支护试验研究。
1超前支护试验工程概况
某矿1725m东巷花岗岩巷道段施工完后,继续向前掘进时,遇到了一段花岗岩与大理岩的破碎接触带。巷道顶板围岩岩性主要为:褐色、棕色矿化大理岩夹浅灰色,岩石稍破碎;褐色矿化大理岩夹白色层状大理岩及白色、灰褐色方解石,岩石稍破碎。
这种岩层节理裂隙发育,纵横交错贯通,原岩被切割成碎块,而且互不胶结。在掘进时冒顶经常发生,顶板最高冒落高度可达2~4m。原支护采用木支护,这种施工方法,不但进度缓慢,而且消耗大量木材,安全又难以保证。根据这种实际情况和经济技术条件,课题组提出了运用超前支护原理、采用撞楔法施工通过破碎岩层。经过试验实践证实,这种方法施工工艺简单,安全快速,节约木材。是类似地质条件和支护条件下较稳妥的支护方法之一。
2撞楔法及其适用条件
撞楔法又称插板法和板桩法,是指巷道掘进遇上松软破碎岩层时,在已架好的棚子上先打一排金属撞楔,强行插入破碎岩层中、挡住顶板或两帮的碎石渣,以确保在工作面出渣时的安全,不让巷道周围的松软破碎岩石涌入工作面的一种方法。撞楔法主要适用于撞楔容易打入的松软不稳定岩层,如断层破碎带、流砂层、含水砂层、极易风化的粉状岩石、粘性小的土和砂砾层,但这些松散破碎岩石中不能有较多的坚硬岩块,以免影响打入撞楔。
3 超前支护试验施工
试验采用的撞楔法施工工艺过程为:施工准备—钻孔—安装楔子—撞击楔子至设计深度—架设支架—出渣—架设支架至0.5~1.0m处—开始下一施工循环。
(1)施工准备:施工前清理冒落区的岩渣,将巷道断面适当扩大,准备好楔子、支护用支架等。施工用楔子采用2#钢管,长3.0m,直径40mm,为便于施工,将钢管一头做平,一头做尖。
(2)钻孔并安装楔子:用风钻按照设计要求打眼,沿顶板一侧向另一侧依次打眼,间距为30~50cm,钻孔直径41-43mm,钻孔深度在3.5m,钻眼完成后,将钢管楔尖的一端插入钻孔中。为确保楔子预支护围岩效果,顶部眼向上倾斜7~100,以利施工。严格执行钻孔质量验收制度,孔位、角度和深度与设计相差较大的要求重打。
(3)撞楔:在钢管楔子平的一端用木头隔住,用大锤撞击木头使钢管沿钻孔方向前进。在撞击钢管楔子时,应尽量使其前进至设计深度,楔子在钻孔外留30~50cm,以便与支架联结。
(4)架设支护及出渣:支架采用梯形断面或三心拱断面,在本次施工中,采用梯形断面。顶板方向一根,两帮各一根,具体见撞楔法施工示意图。架设木棚的顺序为:先在一帮架设一根圆木,然后横向再架一根圆木,让钢管外留端与横向架设的圆木紧密接触,当顶部钢管外留端与横向架设的圆木空隙比较大时,可在横向架设的圆木上再沿巷道中心线方向架设圆木,再横向架设第三层圆木顶住钢管外留端,最后在巷道的另一帮架设第三根圆木,即顶梁。圆木与圆木如果连接不牢固时,可使用抓钉将圆木接触处钉牢。清渣工作是在打完撞楔后进行的,清渣的顺序是,先清两侧掏出柱窝,立好柱腿,接着在顶梁的位置上边掏边维护,掏出架设梁的空间后,随即上梁,然后再清理巷道中间部分的岩渣。当木棚向前架设到0.5~1.0m距离以及清完撞楔下部的岩碴后,开始打第二排钻孔,并撞钢管楔,架设木棚,如此循环。
4 超前支护试验效果分析
在1725m松散、破碎花岗岩掘进中,采用超前支护技术成功克服冒落高、围岩破碎的不利条件,从而快速、安全、可靠的通过了冒落区。在施工中,基本解决了冒落问题,安全条件得到了极大改善,达到了预期效果。通过实践证明,该技术措施是相应地质、技术条件下通过破碎冒落区的有效方法之一。
5 结论
本文针对某矿山软岩破碎巷道开挖易发生变形、垮塌的问题,开展了超前支护现场试验,得到以下结论:
(1)采用撞楔法施工工艺进行超前能够顺利通过破碎软弱巷道区域。
(2)采用超前支护能够有效控制巷道的垮塌,降低巷道返修率,提高巷道稳定。
参考文献:
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[2]李强,欧阳院平,王明年.软弱围岩隧道洞口段超前支护的三维数值分析[J].铁道建筑,2005(03):32-34.