超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用

苗耀龙

(通化钢铁集团桦甸矿业有限责任公司)



超前锚杆支护技术在破碎岩体巷道施工中的应用

苗耀龙

(通化钢铁集团桦甸矿业有限责任公司)

摘要超前锚杆支护技术可有效防止破碎带巷道顶板冒落。以三道沟铁矿斜坡道施工工程为例，详细分析了超前锚杆支护技术的施工参数、施工流程及应用效果，实践证明，该技术有助于确保破碎带巷道的安全掘进，可供类似工程施工参考。

关键词超前锚杆破碎岩体斜坡道巷道支护

超前锚杆支护技术是一种有效的破碎岩巷施工技术。通钢集团桦甸矿业公司三道沟铁矿深部开采工程斜坡道施工中应用了该技术，顺利通过了近地表强分化破碎岩层。本研究对该技术的施工参数、施工流程以及应用成果进行详细分析，供相关应用参考。

1超前锚杆支护作用机理

超前锚杆支护技术实际上是一种悬吊式超前锚杆支护技术[1]。在巷道施工实施爆破前将超前锚杆插入掘进前方的稳定岩层中，在进行爆破作业后，锚杆最前端夹制于原岩中，后端释放了部分压力后形成悬臂梁。通过悬吊、组合、挤压等作用机理将围岩进行固定，从而将巷道拱顶围岩形成一定厚度且具有自稳性质的拱壳结构，提高围岩的自承能力，为后续支护和大断面开挖创造了安全施工条件。悬吊式超前锚杆支护技术还可与金属支架焊接牢固、爆破后及时以喷浆临时封闭破碎围岩等方法相结合，形成更加稳固的人工组合假顶结构，使其支护的可靠性进一步提高。实践证明，超前锚杆支护技术对于松软、破碎围岩巷道的施工效果显著。

2应用实例

2.1工程概况

三道沟铁矿斜坡道工程总长1 760m，设计断面尺寸为4.2m×4m(三心拱)，但开口处是近地表强分化破碎岩层，且斜上方10m处有一废弃巷道，该巷道是2006年三道沟铁矿460m平硐开口时所施工，巷道掘进30m后因围岩破碎无法支护最终全部冒落废弃。鉴于斜坡道开口位置已确定，且无更合理的位置可供选择，针对复杂的地质条件，本研究采用超前锚杆支护技术进行施工。

2.2施工方案

2.2.1总体方案

爆破前在巷道拱顶部位加设超前锚杆，爆破后进行喷浆临时支护并及时推进金属支架，将金属支架与外露的超前锚杆焊接牢固，最后采用混凝土进行永久支护[2-3]。

2.2.2施工工艺流程及相关参数

首先安装超前锚杆，沿巷道走向在巷道起拱顶轮廓线上，以250mm的间距与巷道走向成12°夹角施工3.0m深的钻孔，巷道拱顶长6.5m，需施工26个钻孔，钻孔施工完毕后安装锚杆，超前锚杆与距工作面0.5m处的金属支架焊接牢固。然后进行凿岩爆破，循环进尺控制在1m，确保爆破后超前锚杆留在掌子面内的长度为1.5m，爆破后应及时对巷道拱顶和可支护的侧帮进行喷浆速凝封闭，喷浆厚度为50mm，完成喷浆工作后即开始出渣，出渣完毕后立即进行金属支架支护，支架间距为1.0m，支架距掌子面0.5m，至此完成1个作业循环。

根据工程实际情况，采用超前锚杆支护的斜坡道长60m，由于斜坡道巷道断面大，服务年限20a，为保证安全，最后采用300mm厚、强度为C25的混凝土进行永久支护，金属支架浇筑于混凝土中。斜坡道设计净断面尺寸为4.2m×4m(三心拱)，在金属支架制作安装时考虑永久支护，支架宽4.4m，为最终混凝土支护留出100mm厚的保护层。超前锚杆金属支架支护原理见图1，实际支护效果见图2。

2.2.3现场施工组织及作业循环

(1)超前锚杆施工。施工时严格控制钻眼角度和深度，确保各钻孔角度、深度均达到设计要求，在钻眼过程中若出现钻孔完成后钻杆很难或无法拔出的现象，切不可强行将其拔出，应将钻杆留于孔内作为超前锚杆使用，否则后续锚杆无法打入。钻孔完毕后，应及时加装锚杆，根据现场实际情况锚杆，可选择圆钢或钢管，锚杆打入后其外露端部与前一架金属支架焊接牢固。

图1　超前锚杆金属支架支护示意(单位：mm)

(2)凿岩爆破作业。超前锚杆安装完毕后开始凿岩爆破，为减少对巷道围岩的爆破振动，采用多打眼少装药的简易光爆技术。应严格控制爆破进尺，不超过1m，保证爆破后超前锚杆留在掌子面内的长度为1.5m。否则，可能造成超前支护失效、爆破后超前锚杆部分或全部冒落的后果，给后续施工带来更大的困难。

(3)喷浆临时封闭。爆破后应加强通风，具备施工条件时及时对巷道拱顶、可支护的侧帮进行喷浆支护，尽量缩短裸巷在空气中的暴露时间，减少围岩进一步分化。喷浆后开始出渣，由于采用无轨扒渣机进行装岩，在喷浆层未达到支护强度时即可开始出渣作业，节省时间且效率较高。

(4)金属支架支护。出渣后，及时架设金属支架。金属支架严格按设计施工，与前一支架连接牢固，特别注意的是应保证完全接顶。金属支架在巷道走向上应严格控制偏差，以便后续混凝土支护时能够顺利支模。

(5)巷道混凝土支护。斜坡道开口近地表段施工完毕后，对所有金属支架支护段进行混凝土支护，金属支架一并浇筑于混凝土中。施工中的注意点有：①严格控制模板与金属支架的外缘间距，确保混凝土浇筑后金属支架外侧有100mm厚的混凝土保护层；②为保证拱顶部位的混凝土厚度，施工时须使用混凝土输送泵，进行一定压力的泵送，并充分振捣使巷道拱顶部的支护厚度达到设计厚度。施工作业循环见表1。

表1斜坡道施工作业循环

2.3应用效果

通过应用超前锚杆支护技术，历经45d完成了地表分化破碎岩层中斜坡道掘支60m，顺利通过了近地表强分化层，实现了三道沟铁矿深部开采工程斜坡道在地表风化破碎岩层中的安全掘进，为后序斜坡道顺利施工创造了有利条件。

3结语

在详细分析超前锚杆支护机理的基础上，将其应用于三道沟铁矿斜坡道施工中，取得了较好的应用效果，对于类似矿山工程有一定的参考价值。

参考文献

[1]郜建明.破碎带斜坡道超前锚杆加固技术应用[J].创新与实践，2014，21(6)：24-25.

[2]周桥.超前锚杆加固与联合支护在破碎带斜坡道中应用[J].中国矿业，2010，19(1)：75-76，81.

[3]储潇姝，孔令，徐恒，等.金属矿山破碎矿岩巷道稳定性分级与支护方式选择[J].现代矿业，2016(3)：189-192.

(收稿日期2016-03-31)

苗耀龙(1982—)，男，工程师，132409 吉林省吉林市桦甸市夹皮沟镇锦山村。