破碎頂板巖層掘進與支護研究

肖林軒

（江西烏石山礦業有限公司，江西 吉安 343411）

巷道在掘進過程中往往會破壞巖層的原巖應力狀態，造成原巖應力的重新分布，巖層會在此過程中產生變形、移位、離層、垮塌等蠕動變形，造成巷道失穩，對井下的安全生產造成了極大地隱患。因此在巷道掘進過程中特別是軟巖巷道的掘進過程中，在頂板來壓之前及時進行合理的支護就顯得尤為重要。

1 軟巖巷道掘進方式

烏石山礦區受到斷層及頂板破碎巖層的影響在掘進過程中經常遇到頂板類碳質頁巖夾雜泥巖的膨脹性軟巖巷道，在此類巖層掘進中不得使用全斷面開挖法，要適當降低巷道掘進斷面，盡量減少炸藥爆破對圍巖的擾動，目前主要采用了以下幾種方法。

1.1 短支、短掘法

巷道在斷層及頂板等軟弱破碎巖層中掘進時，一般采用倒臺階法施工，巷道為2.2×2.3的三心拱。巷道分為上下兩個臺階，自上而下開挖，分層高度為1.1m，采用YT-28鉆，鉆桿長度2m，炮孔間距為0.4m，采用間隔裝藥方式，扇形布孔，總炸藥量為8.5kg,一次性爆破有效長度可達到1.8m。

采取淺打眼、少裝藥、放小炮的方法，減少對圍巖的擾動，及時對暴露圍巖進行噴漿，隔絕圍巖與風水接觸，預防圍巖遇水后膨脹軟化脫落。

雖然掘進速度較慢但極大的保護了作業人員的安全，對下一步的永久性支護爭取了時間。經過現場實地監測頂板巖層吸水后強度顯著降低，體積增大，隨著時間的推移頂板逐漸冒落。此方法在實際應用中取得了比較理想效果，給井下安全生產提供了有力條件。

1.2 管棚超前支護法

超前支護主要使用管棚法，將鋼管插入巷道頂板圍巖鋪設的鉆孔中，管棚一端固定于金屬支架上另一插入已經鉆探的頂板巖層中，用于上覆巖層的支撐。管棚相互焊接連接成整體，在掘進過程中管棚的超前距離一般保持在1-1.5m左右。這樣掘進工作始終在管棚的保護下進行，巷道頂板一旦出現冒頂事故，可以起到有效的緩沖保護作用，大大降低傷害事故的發生。

管棚可選擇外徑50mm的無縫鋼管通過圍巖的內摩擦角度（泥巖一般不超過26度）、巖層可能的垮落高度等綜合確定。根據經驗公式，確定管棚的有效長度，一般選擇3.5m～4.0m鋼管間距300mm，可以根據巖層的破碎程度調整管棚長度和間距，例如巖層較破碎，滴水嚴重可以適當加長管棚長度，縮短管棚間距，增加管棚的密集程度，來提高支護強度。

圖1 管棚超前支護示意圖比例尺1：40

2 支護方式

圍巖和支護支架之間是屬于相互作用、相互影響、共同承載的關系，合理支護方式才能起到相對應的作用，通過及時支護減少圍巖變形減少巷道的破壞。但是不能真正起到提高圍巖強度，只有通過錨噴、離層注漿、錨網加錨索聯合支護等積極主動的支護方式才能達到提高圍巖強度的作用。

2.1 錨噴支護法

我礦采用初噴加上復噴的支護方式，巷道開挖完成后應及時進行初噴，降低巷道圍巖變形程度，隔離風水對巷道的破壞，初噴的厚度一般控制在50mm；巷道完成掘進后進行掛網，采用Φ8鋼筋，網間距一般為200×200mm,輔以管縫式錨桿按扇形排列打入巷道頂板，錨桿長1200mm，排距控制在600mm，復噴厚度一般不少于50mm，采用錨噴的這種方式可以有效的保證整個巷道的安全，可以很好的對整個巷道進行加固。錨噴支護相對其他方式，勞動強度低，施工簡單的特點，在井下作業中被廣泛使用。

圖2 錨噴支護示意圖比例1：40

2.2 全斷面澆灌法

部分巷道受到高地應力影響一般的支護方式達不到相應的效果，有時需要對巷道進行全斷面澆灌，以C20砼為例，配比為水泥、細砂、裸石，其一般配比為1:2:2（重量比），首先需要測定腰線，架設立柱，架設拱架，安裝模板，鋪設鋼筋網（一般為300×300mm單層鋼筋網，鋼筋全部焊接成整體，一般主筋為Φ16，副筋為Φ14）澆灌，振搗，養護，拆模等，平均澆灌厚度在250mm，但現澆混凝支護工程，工序繁瑣人工消耗大，對巷道支護有較大的強度。部分不允許垮塌的巷道，例如水倉、回風巷、水泵房基本采用全斷面澆灌的方式進行支護。

2.3 工字鋼支護法

一般采用10#工字鋼進行梯形支撐，支撐角度一般為70°，用于頂板壓力一般的巷道支護，一般鋼梁長度為2400mm，鋼柱2600mm，橫向窩柱深度不得小于150mm，巷道底板較爛時可以采用木質墊板，墊板厚度不少于200mm，寬度大于工字鋼寬度，安裝完成后可對工字鋼接觸面輔以電焊加以固定。一般1200mm/架，每架用工字鋼焊接成整體，高度較高的巷道一般輔以坑木進行塞頂，始終保持鋼梁與巷道緊密接觸。

3 各種支護方式比較

3.1 網噴支護

網噴支護有較大灰塵，一般的防塵口罩達不到相應的效果，需要過濾式防護罩，對個體防護等級要求較高，網噴支護水泥消耗普遍較大，一般會超過設計的30%左右。錨網噴所需材料體積小，重量輕，主要采用管道輸送，大大減輕工人的勞動強度。錨桿支護在支護原理上符合現代巖石力學和圍巖控制理論，網噴支護能夠利用圍巖自身的穩定性，充分發揮圍巖的自身承載能力，有效地控制圍巖變形，比較適合井下大部分的巷道支護工程。

3.2 現澆混凝土支護

澆灌支護存在勞動強度大，工序繁瑣，澆灌頂部接頂困難的情況，成本相對比噴漿要高，對鋼筋綁扎及混凝土強度有一定的要求，養護周期比較長。澆灌完成后對風水侵蝕、外力撞擊都有一定的抵抗力，適合井下一些長期使用巷道的支護。

3.3 工字鋼支護

工字鋼支護適合壓力不大的巷道，目前粗鋼價格一路飆漲，已經超過6000元/噸，一般使用15kg廢舊鋼軌,4寸鋼管配合使用，工字鋼支護只能作為臨時性支護使用，隨著時間的推移鋼軌生銹風化，對于回風巷道及安全通道等永久性專用巷道不適合。

4 結語

合理有效的支護措施，不僅能降低巷道盲目支護的成本，更能防止冒頂片幫的災害發生，能有效保護作業人員生命安全，根據各種支護方式的分析比較，錨噴配合U型鋼的混合支護方式對井下破碎巷道起到比較好的效果，對井下安全生產提供了支撐保障。