矿山巷道破碎段壁后充填支护研究与应用

矿山巷道破碎段壁后充填支护研究与应用

李海亮

中国华冶科工集团有限公司

1 前言

我单位承建的金川县李家沟锂辉石矿105万吨/年采选项目井巷工程，由于连续下雨导致3550m中段K0+15.7m至K0+20.7m出现塌方，该段地质为强风化岩(局部夹砂岩)，黄色、黄褐色，泥质结构，片状构造，岩质软，易机械散体，遇水软化崩解，局部夹砂岩，裂隙发育，内侧含微量渗水。开挖后岩层遇水层层剥离，拱顶逐渐掉块坍塌，掉块呈泥质、遇水软化、十分破碎，围岩无自稳力。

需要解决如何能更高效更便捷更安全的完成塌方地段人工假顶的制作与钢拱架壁后充填施工，通过制造假顶来稳固周边岩石，并用钢拱架对硐室内进行支护，确保工程顺利安全的通过不良围岩地段。

本技术将通过对李家沟锂辉石矿实际工程实例的分析进而探讨破碎段巷道新型材料壁后充填施工技术研。

2 技术特点

2.1根据现场工程进展揭露塌陷情况，及时采用高分子材料对顶部松散围岩进行加固，预制假顶，硐内出完渣后检查是否形成假顶，且是否达到预期强度，确保掘进工作的工效和安全。

2.2高分子材料的应用,探索出了巷道加固新技术,提高了巷道抗压能力,改善了扩修施工环境,不但解决了严重影响矿井安全生产,而且顺应了科技发展的要求,利用高分子材料代替传统的混凝土充填方法，大大节省了材料成本，提高了工作效率。在企业提倡科技兴矿的发展思路,为技术开发提供了范本。

2.3利用高分子材料既可以充填顶板中的空洞,可防止冒顶继续扩展,保证巷道顺利通过冒顶区,又能充填和粘结破碎区的裂隙,将破碎的岩块重新粘结形成一个整体,使其发挥主动承载性能。打破了传统施工工艺，施工人员身处硐内安全地带，向塌方处顶板一周安装注射管，用高压风注入高分子材料，大大提高了安全系数，保证了人生安全。

2.4利用高分子材料具有发泡快、发泡倍数大，充填效率高，无溶剂、材料无毒无害，气味小、不燃、内部反应温度低等特点，对岩层、混凝土等施工基面有良好的粘结力，特别适合对安全性要求较高场合施工，利于矿山使用。

2.5采用加气混凝土砌块壁后充填，加气块具有质量轻、块度适宜的特点，可使得充填速度快，效率高，达到较好的支护效果。

3 工艺原理

主要是通过采用新型高分子材料制造假顶来稳固露天塌陷区周边岩石，并采用“钢拱架+砼浇筑或锚网喷砼”联合对硐内巷道进行支护，壁后加气块或珍珠岩充填，确保工程顺利安全通过不良围岩地段。

4工艺流程及操作特点

5.1工艺流程

壁后充填主要施工工序：清理露天基坑浮石→高分子材料制作假顶→硐内出渣、检撬浮石→顶帮欠挖处理→钢拱架支护+锚网→混凝土浇筑或者喷射混凝土→工完清场。

5 施工方法

通过采用新型高分子材料制造假顶来稳固露天塌陷区周边岩石，并采用“钢拱架+砼浇筑或锚网喷砼”联合对硐内巷道进行支护，确保工程顺利安全通过不良围岩地段。

5.1清理露天基坑浮石

（1）准备安全绳及安全带，在基坑上口检撬浮石前，将安全绳拴在周边牢固树木上，再将安全带系好挂在安全绳上，随着检撬位置变化，安全绳也随即调整位置，安全绳及安全带要牢固可靠。

（2）首先清理基坑上口周边危石，然后再清理基坑内壁浮石，采取从上向下的方式进行检撬，检撬高度不能超过上口往下2m。

塌方段示意图

5.2 高分子材料制作假顶

5.2.1材料简介

（1）材料名称：煤矿高分子加固堵水材料丨固瑞HR-02（M0201/M0202）。

M0201/M0202 是一种由两种组份组成的注浆材料，主要用于对破碎围岩及煤层进行加固。使用时，需要一台专用注浆泵和一台混合枪，以 1∶1 的体积混合，产生聚合反应。当进行煤岩体注浆时，低粘性混合物保持液体几分钟， 并深入细小裂缝。

凝固后具有强度高、粘结性强、凝固时间可调、韧性较好的优点，适用于各种通风不良的煤矿、隧道、隧洞中破碎煤层、岩层的加固和堵水、封堵处理。

（2）应用范围 RANGE OF APPLICATION

1）煤壁注浆加固防止片帮；

2）断层破碎带预注浆加固、防止冒顶、小煤柱加固、采前加固；

3）对隧道、地铁、隧洞等工程中的破碎和松散岩体进行加固；

4）堵水墙的构筑。

（3）主要性能指标 MAIN PERFORMANCE INDICATORS

(实验室数据，实际应用中受压力、温度等因素影响而变化)

备注：聚合物其反应倍数越大其抗压强度越低

5.2.2制作假顶

安排人员在硐内顶板一周安装引导管用高压风注入高分子材料对顶部松散围岩进行加固，预制假顶，硐内出完渣后检查是否形成假顶，达到预期强度。在假顶形成后用喷射一层高分子材料，进一步加固。

5.3 硐内出渣

（1）首先安排1名驾驶技术较好的装载机司机进行进硐出渣，同时安排2名精干人员跟随边出渣边检撬顶帮浮石。

（2）检撬浮石采取从外往里，一人检撬，一人负责照明和监护的方式继续作业。

（3）必须确保装载机司机头顶安全，所出渣石堆放在路边宽敞地带，严禁倒入原始森林，破坏植被。

5.4 钢拱架支护

（1）安装钢架前，应检查开挖断面的中线、高程开挖轮廓线应符合设计要求，中线、高程允许偏差为±3cm。钢架可在开挖工作面以人工组装，各节钢架间以螺栓连接。 钢架按设计要求安装，钢架的下端设在稳固的地层上，拱脚高度低于上部开挖底线以下15～20cm。拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块。安装后利用锁脚锚杆定位。超挖较大时,拱背喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,控制其变形的进一步发展。两排钢架间用钢筋拉杆纵向连接牢固，间距严格按设计要求施作，每榀钢架两腿之间采用采用钢材支撑，以便形成整体受力结构。

（2）对于破碎岩石采用“短掘短支”的施工工艺，钢拱架采用I16工字钢制作，拱部及两腿三部分，拱部采用冷弯加工，钢拱架间距约1000mm。周边打入φ20螺纹钢锚杆做加固锚杆，锚杆单长2.0m，间距1.0m，锚杆尾端焊在钢拱架上。钢拱架之间用φ20螺纹钢做拉筋，拉筋单长1000m，焊接固定，间距0.5m，钢拱架外满铺φ6钢筋网，网度150mm×150mm。

最后采用混凝土支护，厚度250mm。由于围岩破碎，支撑力差，钢拱架柱腿采用双排I16工字钢做基础，纵向放置，扩大基础，防止拱架下沉。

5.5 混凝土浇筑

支模台车衬砌作业墙拱一次性浇筑，拱架+建筑模衬砌作业自下而上进行，认真处理接茬缝。浇注混凝土要从两侧对称进行，振捣要密实，整段浇注要连续进行，中间不得间断。

6效益分析

本技术在3550m中段平硐塌方段及3800m中段西平硐塌方段已采用新型高分子材料顺利支护通过，相对于以前的施工工艺，可以节约成本投入与提高施工效率，同时提高了安全生产系数。对照以往施工法经济效益和社会效益分析：

（1）直接经济效益：

1）传统工艺成本分析（人、材、机部分）：

混凝土充填380m³：41.8万；木材充填2667m³：400.1万元；

人工费（450日工）：13.5万；机械费（225台班）：39万元；

施工工期：75天

合计：费用41.8+400.1+13.5+39=494.4万元、工期75天。

2）本工艺成本分析（人、材、机部分）：

高分子材料充填20t：37.6万元；加气块充填2667m³：189.4万元；

人工费（90日工）：2.7万；机械费（90台班）：12.6万元；

施工工期：30天；

合计：37.6+189.4+2.7+12.6=242.3万元、工期30天。

3）人材机部分节约成本252.1万元，缩短工期45天，根据合同奖励约67.5万元。共计节约成本319.6万元。

本技术先进，确保了作业安全，提高了工作效率。同时对集团公司在基建矿山类似开拓支护施工积累宝贵经验，也为国内同类矿山提供成熟的支护技术成果。值得在同类工程中进行推广使用。