破碎松軟巖層地段巷道掘進施工工藝探究

引言
　　雷波新洋豐礦業投資有限公司巴姑磷礦屬地下開采礦山，地處四川省涼山彝族自治州小涼山中段，康滇地軸東緣。礦區分為I-1、I-2、II-1、II-2、II-3采區。II-1采區1400回風平巷位于礦區北部，由于巖層破碎松軟，巷道成形難度大，工程質量低，巷道圍巖穩定時間短，工程進度停滯不前，頂幫事故時有發生，給采區建設、生產進度和安全管理造成極大影響。
　　根據集團公司發展規劃和年度采掘計劃，在總結現場施工經驗和借鑒他人成功經驗的基礎上，探索應用了“金屬拱架鍥挑支護掘進施工方案”，取得了較好的施工效果。
　　1 施工條件
　　礦區地勢總體東南高，北西低，最高海拔標高+2530m（依洛阿莫山）、最低海拔（金沙江）標高約+409m，相對高差2121m。礦體及頂底板構造復雜，破碎帶和地表風化裂隙帶發育，巖石破碎，穩固性差。礦體走向南北，西東傾向，傾角由南向北為28°→76°，屬緩傾斜→傾斜→急傾斜薄礦體。
　　礦山設計能力100萬噸/年，II-1采區設計能力40萬噸/年，分區通風，獨立運輸，平硐→溜井開拓。
　　地表屬第四紀地質構造，以風化破碎頁巖為主，波積物厚度164m，地表坡度46°。1400回風平巷總長230m，設計凈斷面3.2m*3.2m，三心拱，拱高1.07m，巖層硬度系數f=2～4。巷道由底部巖層向地表穿層單向掘進，順工作面推進方向巖層由破碎到軟弱到松散，掘進施工方法為鉆爆法。
　　2 施工步驟及參數
　　（1）根據巷道斷面圖確定巷道毛斷面尺寸3.8m*3.5m，三心拱，拱高1.27m，用12.6號普通“工字鋼”按毛斷面要求制作鋼拱架和鋼腿，拱的兩端和腿的上端分別焊接12mm厚帶4×Ф20mm園孔150mm×150mm方型鋼板，作為拱部與腿部螺栓聯接板，腿的下端焊接12mm厚150mm×150mm鋼板作為“鋼腳”，安裝時拱與腿采用4×Ф18mm螺桿聯接。
　　（2）拱架安裝，先用風鎬和羊鎬開挖拱架腳窩，腳窩深200mm，斷面300mm×300mm，拱架腳放入腳窩內，再將拱和腿用螺栓聯接牢固，如出現晃動需加焊金屬錨樁將拱架穩定在幫壁上，再焊接Ф18mm螺紋鋼作為前后拱架橫向聯接筋，聯接筋間距為0.9m，拱架內側間距為0.8m。
　　（3）固定好拱架后，在兩擔拱架之間用Ф40mm鋼管作鍥挑，采用斜鉆導孔和撞擊法將鍥挑向前上方或幫壁外側傾斜裝入未開挖的原巖體，形成超前支護。鍥挑間距一般為300mm，鍥挑長3.0m，安裝角度12°。同時在距掌子面20m處采取平行作業方式對巷道實施澆注砼施工。
　　（4）鉆眼爆破，采用加強松動光面爆破，每循環進尺控制在2.0m以內，由于巖層破碎松軟，裝藥量需嚴格控制，半秒第一系列導爆管雷管起爆，反向爆破。藥卷束外加防護套，爆孔封口，封口深度≥0.7m。爆破后采取抽壓聯合通風，待污風排凈，集中人員和設備快速完成出碴及下一循環鋼拱架、鍥挑安裝工程。
　　3 澆注砼支護工藝及參數
　　（1）在鋼架間加焊Ф14mm螺紋鋼加密拱架聯接，鋼筋網度為400mm×300mm。
　　（2）架設拱模內胎，內胎架設時巷道需留出一定的空間，確保礦車進出，確保工作面掘進施工不受影響。
　　（3）支模，現場選用金屬模板，兩幫鋼模規格1.5m×0.5m×0.06m，拱部鋼模規格1.5m×0.15m×0.06m，鋼模間用螺桿聯 　　接。安裝鋼模時，須將鋼拱架夾在鋼模中間，不得將鋼拱架夾在鋼模端部。
　　（4）砼澆注順序從下至上，即先澆注兩幫，再從拱的兩幫向頂部澆注，最后在頂部封口。同時按照砼澆注順序，用回柱絞車對鍥挑進行回收再利用，現場掘進施工中回收再利用率達87%。
　　（5）澆注砼技術參數、標號及配比：澆注砼厚度300mm，標號為C25，選用32.5水泥，水灰比0.49，石子為40mm粒級料石，每澆注模板長度巷道需混凝土5m3。根據C25砼用料配比計算，共需原材料：水900kg，32.5水泥1835kg，沙3245kg，石子6020kg，速凝劑65kg。
　　要求：采用滾筒式攪拌機井口攪拌，每罐砼攪拌時間不得低于15min，攪拌好的混凝土存放時間不得超過20min，連續澆注。澆注過程中用插入式振動棒搗實砼。澆注工程結束7天后拆除模板。
　　4 爆破工藝及參數
　　（1）使用YT-28氣腿式鑿巖機打眼，鉆爆法掘進施工，循環工作制，日作業2個循環。工作面2臺鑿巖機同時工作，單機有效鑿孔速度≥250mm/min，Ф42mm“十字”合金鉆頭，2.5m長中空六角形釬桿。
　　（2）采用2號巖石乳化炸藥。藥卷直徑Ф32mm，長度30cm時，單根藥卷凈重300g;藥卷直徑Ф32mm，長度20cm時，單根藥卷凈重200g。
　　（3）根據現場實踐，確定炮孔布置及參數：炮孔直徑d=42mm，最小抵抗線0.6m～0.9m，炮孔間距0.6m～0.8m。掏槽眼深2.5m，輔助眼深2.3m，周邊眼間距0.6m，底眼間距0.7m，周邊眼孔口距巷道輪廓線相距200mm，炮孔向輪廓線方向傾斜5°～7°，單位炸藥消耗0.65kg/m3，每循環消耗炸藥16kg。炮孔布置見圖1，裝藥量及起爆順序見表1。
　　（4）技術要點
　　a.光面爆破不偶合系數，合理的不偶合系數應使炮孔壓力低于巖壁動抗壓強度，高于巖壁動抗拉強度，通常為1.1～3.0。
　　b.光面炮眼間距，一般為炮眼直徑的10～20倍，當巖質軟弱、裂隙發育時取小值。最小抵抗線，光爆層厚度或周邊眼到鄰近輔助眼的距離，一般不小于光爆眼間距。
　　c.起爆間隔時間，同時起爆表面最平整，光爆效果最好，秒差延期起爆表面質量最差。同時起爆時，炮眼間貫通裂隙較長，抑制了其它方向裂隙發育，有利于減少炮眼周圍裂隙的產生，有利于形成平整的光爆面。但同時起爆時爆轟波容易疊加，對巖壁和新澆砼支護有一定的破壞，實踐證明，光爆眼采用分組微差爆破，選用微差第二系列導爆管雷管起爆，每組間延期時間控制在100ms內，取得了較好的光爆效果。
　　d.導爆管雷管裝在孔底、實行反向爆破、一次成巷，有利于加快掘進速度，降低圍巖破壞程度，炸藥能量得到充分利用，減少有毒有害氣體生成量。
　　e.除空眼外，凡裝有藥卷的炮孔裝藥后必須封口，封口材料選用水炮泥或含沙量約25%的粘土。
　　5 結束語
　　雷波新洋豐礦業投資有限公司巴姑磷礦II-1采區1400回風平巷，位于巖層破碎松軟地段，采用鍥挑超前支護掘進工藝，成功地治理了因地質構造帶來的掘進施工中巷道頂板和幫壁垮塌嚴重的重大危險源，解決了巷道掘進施工中安全生產管理上存在的難題，保證了作業人員的施工安全，提高了工程質量和施工進度，確保了采區年度生產任務的提前完成，取得了較好的經濟效益和社會效益。