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：

[1]邓康宇，武腾飞.孤岛工作面回采巷道的破坏机理及端头超前支护技术[J].矿业安全与环保，2016，43（03）：67-70.

[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.