超前管棚支護技術在礦山斷層破碎帶中的應用探討

錢運秋

（中國高嶺土有限公司，江蘇 蘇州 215151）

在礦山建設和生產的過程中，開展掘進工作時常常會需要穿過多種不同類型的斷層結構。這些斷層結構由于長時間受到周圍礦山及地殼運動的影響，因此會進一步形成裂隙帶，部分斷層由于受到劇烈的地應力作用，因此還會形成破碎帶、巖石軟化帶等[1]。由于這些特殊地質構造的存在，造成了礦山建設難度成倍增加。近幾年來，隨著礦山巷道施工工程的相關技術水平不斷提升，出現了一種全新的超前管棚支護技術，將其應用于礦山施工建設當中，不僅提高了礦山施工的效率，同時還在一定程度上保障了施工人員的人身安全和礦山企業的經濟效益。基于此，本文開展超前管棚支護技術在礦山斷層破碎帶中的應用探討研究。

1 基于超前管棚支護技術的礦山斷層破碎帶支護方案設計

1.1 礦山斷層破碎帶超前鉆孔探查

在對礦山斷層破碎帶進行支護處理的過程中，其首要工作為：對破碎帶進行超前鉆孔，并根據孔洞位置，對其進行探查處理，通過此種方式掌握支護地區內的相關環境特性[2]。在進行探查的實際過程中，可使用水平掘進方式，在發生斷層的區域進行鉆孔探查點的選擇，在圈定位置后，對其水平位置進行70.0m～80.0m的挖進，與此同時，使用鉆探設備，對完成初步挖進的斷層。以蘇州市雞籠山鉛鋅銀礦鉆孔施工為例，對其進行鉆孔探查的研究，此地區在進行此步驟施工的過程中，選定的鉆孔初步定位為2.0個，工程對于探查深度的需求為大于或等于225.0m，按照上述提出的步驟，進行工程鉆孔探查。

在完成對工程與區域地質的鉆孔探查處理后，整理此次探查的結果。當施工隊在進行向前挖進的過程中，距離巷道87.3m～92.8m處為區域礦山斷層，在斷層內再次向前挖進，約3.0m～4.0m位置處，便可以達到可循斷裂帶（位置在巷道深處95.0m～100.0m處）。在對此鉆孔點進行持續深入探查的過程中發現，其中102.5m～105.9m處，為斷層內的嚴重斷裂帶，通過鉆頭前端的傳感設備反饋的信息，可以顯著的看出此層中，斷裂帶內礦石以泥漿組合成分為核心構成，在對此區域結構進行勘查的過程中，斷裂帶在此部分的結構較脆弱，即存在一定程度的坍塌可能性[3]。在對此區域進行持續挖進的過程中，由前端傳感器反饋的數據可知，鉆頭前端不斷有水體深處，滲出的水體，最高質量可高達2.50t。上述提出的步驟為探查流程，在完成此步驟操作厚，規范處理多種鉆探設備，并將圈定的鉆孔位置內進行注漿處理，避免水體隨著斷裂層滲出，在確保孔洞被完全密封后，完成對此步驟的施工行為。

1.2 礦山斷層破碎帶超前鉆孔注漿加固

在完成對斷層破碎帶的鉆孔探查處理后，上文提出了應對區域鉆孔位置進行回填與注漿處理，通過此種方式確保對區域環境的恢復。在此過程中，應設計泥漿加固孔、后期加固檢驗孔與持續探查孔[4]。其中泥漿加固孔是為了在區域內澆筑泥漿所圈定的，此孔洞需要保持與鉆探最深位置保持連通，通過此種方式確保灌漿行為的有效性。后期加固檢驗孔是在完成對泥漿的加固后，對區域地質環境進行質量檢驗所提出的，常規情況下，加固檢驗孔在地區內不低于3.0個，不多于8.0個，在保障可對地區地質環境進行有效檢測的基礎上，避免對礦山斷層破碎帶造成二次損壞。同樣以上文提出的市政工程作為研究實例，在其進行超前鉆孔探查過程中，施工方共設置了8.0個泥漿加固孔，其鉆進工程共掘進450.0m深。結合工程支護需求，在對此工程進行支護處理的過程中，工程施工方共出入了45.55t的水泥泥漿進行加固，并在區域設置了4.0個注漿口。在完成對區域的注漿處理后，分別在4.0個注漿口位置處，設置了5.0個加固檢驗孔，其中4.0個加固檢驗孔緊鄰注漿口，剩余1.0個加固檢驗孔位于注漿的中心位置。

在完成對檢驗孔的設定后，對其進行斷裂層內碎石塊粒度、碎石縫隙等多種因素的檢驗，以此種方式分析注漿的最終效果。在此基礎上，從力學角度，對碎石空隙率的具體值進行計算，并認為只有碎石空隙率低于40%標準后，才能認為灌漿加固行為的實施具備一定有效性。假定在此過程中，檢驗得出碎石縫隙未能達到制定標準，需要對灌注泥漿的孔洞進行震動夯實，即排除泥漿中存在氣泡，并持續對其進行加固處理，以此種方式完成對礦山斷層破碎帶的超前鉆孔注漿加固處理[5]。并要求施工方在進行施工時，必須參照礦山工程標準文件執行，只有確保本章提出步驟執行有效的基礎上，才能確保支護行為的實施具備一定價值。

1.3 基于超前管棚支護技術的破碎帶支護

綜合上述操作，完成對礦山斷層破碎帶的實際調查后，針對其破碎帶的具體特征，引入超前管棚支護技術，實現對其破碎帶的支護。將鋼管作為支護材料，按照規定標準對其進行鋪設，鋼管上鉆注漿孔，孔徑為?10mm，孔間距50cm，呈一字型布置。鋼管尾部2m不鉆孔作為止漿段，為提高鋼管的剛度和強度，鋼管內增設4根?20mm螺紋鋼筋組成的鋼筋籠，其主要目的是為了放置在進行掘進過程中斷層破碎帶結構上的碎石脫落，形成對巷道施工的超前支護。采用功率相對較大的鉆機在斷層破碎帶上進行打孔，并將鋼管支護材料插入并注漿，以此形成一個相對完整且強度較高的管棚支護結構。圖1為超前管棚支護結構示意圖。

圖1 超前管棚支護結構示意圖

圖1 中A表示為礦山斷層破碎帶上的巷道底板；B表示為礦山斷層破碎帶上的巷道底拱；C表示為鋼管支護材料；D表示為I20a型工字鋼拱架支護結構。針對不同礦山其斷層破碎帶的實際情況，大多數礦山斷層破碎帶可選用MK-1650W240型號鉆機，其轉矩通常在5500N.m以上，同時為其配備φ72.5mm的加強版鉆桿，以此保證在礦山斷層破碎帶結構當中鉆進成孔[6]。在對注漿泵進行選擇時，可選擇兩臺流量相對較大的注漿泵，并將其排量控制在350L/min以上，將泵壓控制在6.5MPa以上。在選擇鋼管支護材料時，可選擇D28型號地質鋼管，其規格應為φ85×15mm。對于注漿水泥材料的選擇，通常可選用464#普通硅酸鹽水泥，以此達到快速膠結的作用。在實際施工過程中，其支護施工順序應為：封堵礦山斷層破碎帶集中涌水區域；打設超前鋼管支護材料并注漿；下掘底板結構；拱架支護；錨桿、鋼筋網以及噴混凝土支護；下一循環支護，以此完成對礦山斷層破碎帶的整體結構支護。

2 對比實驗

為進一步驗證本文提出的基于超前管棚支護技術的礦山斷層破碎帶支護方案在實際應用中的優勢，將其與傳統支護方案同時應用到相同的礦山斷層破碎帶結構當中，分別按照相應的支護方案完成支護加固，比較兩種支護方案下支護結構的支撐可行性，將抗力作為實驗對比指標，將不同深度條件下，兩種支護方案的抗力進行記錄，并記錄成如表1所示。

表1 兩種支護方案實驗結果對比表

從表1中的實驗結果可以看出，本文支護方案抗力明顯大于傳統支護方案抗力，抗力越大則說明支護結構越不容易變形，反之同理。面對礦山破碎帶支護工程，施工單位綜合考慮安全、經濟、施工條件等多方面因素，對蘇州市雞籠山鉛鋅銀礦鉆孔施采用超前管棚支護技術，通過方案精細化設計，可降低成本200余萬，礦山工程降本增效工作取得了顯著成果。

3 結語

本文通過開展超前管棚支護技術在礦山斷層破碎帶中的應用探討，提出一種全新的支護方案，并通過實驗證明了該方案的可行性。通過本文研究進一步得出，超前管棚支護技術能夠有效提高支護結構的抗力，將其應用于實際能夠提升礦山企業整體效益。