破碎圍巖條件下井巷施工方法探討

摘 要：文章以福建省天湖山能源公司曲斗二號井基建工程復雜地質條件為例，總結破碎圍巖條件下井巷施工存在的問題，提出圍巖破碎巷道掘進施工的措施及有效做法，望對礦井掘進施工有所借鑒。

關鍵詞：破碎圍巖；巷道掘進；頂板控制；施工方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.119

1 破碎圍巖情況簡介

曲斗礦二號井建設分基建和技改兩部分，福建省197煤田地質勘探隊（東辰地質勘查院）在《福建省永春縣天湖山礦區上姚井田煤礦詳查（最終）地質報告》中指出“本區斷層發育，主要以緩傾角斷層為主。根據性質劃分為二組：滑脫斷層有F1、F4、F6；推覆斷層有F0、F5。此外北東向的高角度斷層有F8正斷層、F9逆斷層等”。該工程在井巷施工過程中經常遇到斷層、破碎帶，主、付上山及+600標高以上的水平開拓、絞車房、變電所等掘進工程，架棚支護率高達90%以上，且多次發生較為嚴重的冒頂，是圍巖破碎巷道掘進施工的典型案例。例如主付上山施工過程中，由于碰到斷層、破碎帶，發生冒頂并伴隨淋水無法通過，被迫停止，轉而從地面先掘通風井后實施下山施工來實現貫通。

2 破碎圍巖施工常見的問題

破碎圍巖井巷施工常見以下問題：一是未充分考慮巷道二次成巷斷面要求，在進行二次成巷施工過程中需刷幫、挑頂，對巷道圍巖形成二次破壞，從而增加二次成巷的施工難度及成本；二是對施工過程中的地質條件變化預判不足，論證、分析不到位，尤其是在碰到大的斷層等情況時，施工方法不得當，安全技術措施不到位，造成大面積冒頂；三是支護方式及支護質量不滿足破碎圍巖井巷施工要求，如棚架連接不牢固，背幫背頂不嚴實，支護整體性差，隨著時間推移，圍巖應力產生變化，造成倒棚或片幫、冒頂。

3 破碎圍巖施工主要技術措施及方法

3.1 根據巷道斷面設計要求，充分考慮二次成巷需求，盡量一次成巷

在圍巖應力變化不大但需進行砌碹二次成巷的較破碎區域進行井巷掘進時，應一次性掘出砌碹斷面，進行砌碹成巷時避免二次刷幫、挑頂。在遇到大斷層等容易產生冒頂區域進行巷道掘進時，應考慮臨時支護后的凈斷面滿足二次成巷斷面要求，進行砌碹成巷時可以不拆棚，直接將原有臨時棚架支護包在碹體內，避免拆棚造成冒頂事故，提高施工安全系數及工程進度。如曲斗二號井首采區上部車場等巷道掘進時，未一次性掘足砌碹斷面，半年后進行砌碹永久支護時大部分都需拆棚、刷幫、挑頂，造成大量的片幫、冒頂，而且每一次放頂后都必須用大量坑木進行臨時控頂，增加了施工難度及成本，安全系數也大大降低。

3.2 加強地質分析，因地制宜采取相適應的施工方法

3.2.1 采用短掘短砌施工方法

巷道圍巖應力變化大、周期短的掘進巷道應采用短掘短砌施工方法，即掘進施工上取消臨時支護，全斷面掘完后立即組織砌碹封閉，有效減少圍巖暴露時間，減緩圍巖應力變化，提升巷道支護強度，同時降低二次成巷的施工難度、成本投入。采用短掘短砌施工時應注意控制掘進步距，縮小空頂面積，確保施工安全。

3.2.2 采用局部小斷面超前掘進施工方法（導硐法）

車場、交岔點或機房硐室掘進施工時可采取此法，此法起到了控制圍巖暴露面積，縮短圍巖暴露時間的作用，降低了工作面初期的支護難度，為工作面的正常支護贏得寶貴的時間。例如：在穩定性差的破碎巖層中掘進交岔點時，不允許一次暴露的面積過大，可采用導硐施工法，先以小斷面導硐將交岔點各巷口、柱墩、邊墻掘砌好后，從主巷向岔口方向挑頂砌拱，為了加快施工速度，縮短圍巖暴露時間，中間巖柱暫時留下，待交岔點刷砌好后，最后用放小炮的方法把它除掉。

3.2.3 采取超前插管形成人工假頂的支護方法（撞楔法）

在巷道即將掘進到破碎巖層易發生冒頂區域時，先緊貼工作面架好支架，再從頂梁上部及棚腿兩側打入一排前端尖形的鋼管（或鋼釬、錨桿等），超前插入圍巖起加固作用，然后挖一段，再打入一段，使插管前端始終保持超前工作面插在巖層內，以防止冒頂、片幫。待挖入一架棚的空間后立即再緊貼迎頭架好一架棚，并用拉桿、扒釘釘牢，如此循環，使巷道穿過破碎巖層。撞楔法在曲斗二號井首采區掘進施工時多次應用，效果顯著，在新掘巷道遇到斷層臨水區域易片冒，幫頂難于控制時，將鋼釬或錨桿（視圍巖狀況而定）作為超前支護材料，用風鉆超前打入巖體內，實現超前控頂，冒頂區域整修時一般使用廢舊鋼管削尖用大錘打入或風鉆頂入，實現超前控頂。撞楔法應根據圍巖狀況合理布置插管密度，并控制好循環步距。整修斷層冒頂時，可將撞楔法和掏硐法結合應用，先采用撞楔法局部控制冒頂區域的冒碴，再采用導硐法分區域掏小硐進行砌碹支護。

3.3 根據圍巖條件采用合適的破巖方法

破巖方法對巷道圍巖破壞影響巨大，在破碎、松軟圍巖條件下最好采取人力破巖或用風鎬破巖，其次應采取控制爆破技術，針對施工中圍巖破碎情況，采用控制炮眼深度、間距，嚴格控制裝藥量，必要時增打周邊空眼，采用切割預裂爆破技術，降低爆破對圍巖的破壞程度。采用短掘短砌、導硐法、撞楔法施工時更應視現場條件采用合適的破巖方法，既要減少對巷道圍巖的破壞，又要確保后路原有支護不受破壞。

3.4 明確支護方式，確保支護質量

在破碎圍巖巷道掘進施工過程中應加強地質條件分析，合理設計支護方式，明確支護施工質量要求，條件發生變化時應及時制定安全技術措施改變支護方式，確保支護安全。破碎圍巖區域掘進施工的背幫、背頂環節極其重要，尤其是在風化帶或淋水帶，如果幫、頂未背嚴實，就會經常掉碴，久而久之就會使得棚架逐漸失去穩定性，進而發生冒頂，背幫、背頂的材料可用半圓木、竹籬笆，淋水處應適當使用袋裝木屑，總之以不漏碴為原則。如曲斗二號井上姚風井在風化帶掘進時由于幫、頂背得不夠嚴實，經常出現掉碴，經過一段時間積累后，在離硐口15米處終因掉碴太多棚架失穩，頂板來壓推倒棚架形成大范圍冒頂，并最終冒通地表。

參考文獻：

[1]吳再生，劉祿生.井巷工程[M].北京：煤炭工業出版社，2005：222-224.

作者簡介：涂友源（1978-），男，本科，采礦工程師，研究方向：井巷工程施工。