对巷道过特殊构造带施工方法探讨_吕荣军.pdf

2023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK收稿日期：2022-12-23作者简介：吕荣军（1974），男，大专，助理工程师，从事煤矿山技术管理工作。对巷道过特殊构造带施工方法探讨吕荣军（漳平市箭竹坪矿业投资有限责任公司福建龙岩364400）摘要箭竹坪煤矿在基建期间，巷道掘进及成巷施工过程中经常遇到围岩破碎、过断层等特殊地段，严重影响工期及成巷质量。该文以箭竹坪煤矿+283 m主平硐、一采区+90 m水泵房、二采区+380 m上部车场等井巷工程掘进或砌碹施工为例，对松软破碎围岩、泥岩巷道掘进施工方法进行分析总结，以供同类地层巷道掘进施工借鉴。关键词特殊构造带施工方法技术措施中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)03038031矿井情况箭竹坪矿区在基建期间揭露围岩岩体主要由童子岩组、上二叠统翠屏山组的细砂岩、泥质砂岩、砂质泥岩、泥岩、石灰岩等组成。受矿区内F0、F1、F2、F7、F9大断层影响，矿井地质构造较为发育。特别是F9断层贯穿整个一采区1-2，导致矿区内次一级断层、褶曲较为发育，顶底板岩石节理裂隙较多，岩石较破碎，局部岩体质量较差，同时局部地段存在较弱夹层，易产生冒顶、垮帮等现象3。箭竹坪煤矿成巷主要为开拓及地探。成巷工程主要为砌碹和喷浆，在巷道掘进及成巷施工过程中常常会遇到围岩变形、过断层破碎带等特殊地段，容易发生较为严重的冒顶。成巷工程：+283 m主平硐、一采区+90 m水泵房、二采区+380 m上部车场大都处在围岩破碎带或泥岩带。在施工过程中屡屡碰到岩性风化层或断层破碎带，需要架棚，并全都必须实施后期砌碹成巷施工，施工难度异常艰巨。2特殊构造带施工常见的问题在巷道掘进过程中常常会遇到断层、围岩松软、地质构造破碎带等特殊地段4，本人长期从事巷道施工现场管理工作，认为施工松软围岩、地质构造破碎带、泥岩巷道的过程中存在的主要问题有4个。2.1超前控顶不到位对施工巷道地质条件预测不到位，对顶板超前控制不足，特别是松软围岩、过断层、裂隙地质构造带等巷道掘进，如果未及时采取有效的超前控顶措施，非常容易造成冒顶现象，而且后期还得采用大量的支护材料来控顶，并采用不可燃物进行填顶，这样既浪费材料，又增加工时消耗，还降低作业安全系数。通过日常施工管理，目前矿井常用的超前支护形式有2种：采用小原木或超前板进行超前支护，施工简便角度可调，对前方巷道顶板过高或局部小冒落较为适用；采用前探梁进行超前控顶，控顶距离较长，强度大，安全系数高。详见图1。图1超前支护示意图能 源 与 电 力382023NO3.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK2.2临时支护强度不足为赶施工进度，采用临时支护取代架棚、砌碹等永久成巷工程。随着巷道继续推进，顶板面积增加，导致顶板压力增大，受应力及风化双重影响下，临时支护已无法满足周边受力强度，导致大面积冒顶。如：箭竹坪煤矿二采区+380 m上部车场，为加快施工进度，便采用临时支护，随着巷道掘进长度增加，顶板受应力作用进一步加大，导致临时支护受压增大，且受风化影响，最终造成大面积冒顶。2.3永久棚架支护质量不合格架棚过程存在背帮被顶不到位、炮前支架加固不牢、支架“迈步”、架棚扎脚不够成“长方形”或“倒八字”等现象，导致顶板、边帮一来压就推倒支架倒塌导致冒顶现象，或爆破后迎头段架棚被崩倒引发冒顶等现象。2.4成巷过程造成二次冒顶现象对原先冒顶巷道采取砌碹过程，在拆除原先支架或对原巷道断面不足进行扩帮扩顶，往往因超前控帮控顶或临时支护未到位而造成二次冒顶现象，且施工过程存在诸多不安全因素。在+283 m主平硐施工过程中，矿井对围岩松软及破碎带采用多种方式进行施工，如：超前导管法、架设大断面拱架后进行砌碹反包、先砌墙在采用小支架护顶等方法（详见图2）。图2砌碹临时支护示意3主要技术措施及方法3.1采取一次成巷基建期间，+283 m主平硐208 m处于泥岩、围岩破碎带。因工期紧张没有一次成巷，而进行小断面掘进，采用工字钢支护，其他片帮、冒顶都比较轻微地段采取砌碹永久支护，在施工过程中逐米推进。然而每一次的刷帮、放顶都会造成或多或少的片帮、冒顶，少的每米在8 m3左右，多的在15 m3左右，而且每一次放顶后都必须用坑木进行临时控顶，成巷施工难度更大，需投入更多的人力、物力、工期，安全条件也更差。因此，松软、破碎围岩施工要坚持一次成巷。3.2适时采用短掘短砌施工方法箭竹坪煤矿二采区+380 m上部车场处于断层破碎带。由于前期工期紧张，在掘进过程中没有严格按照设计要求进行全断面一次成巷施工，而是采用工字钢架架棚临时支护。随着施工巷道长度、顶板及边帮暴露面积增加，几个月后这些巷道交叉点位置顶板或边帮受应力及风化双重因素影响下，顶板及两帮压力增大，导致临时工字钢支护强度不足，架棚出现变形、弯曲。这个时候再进行成巷施工，容易造成大面积冒顶，且施工难度大、安全系数低，不要说进行成巷施工，就是简单临时加固都异常艰难。在这种地段如果在掘进过程中就采取短掘短砌的施工方法，并保证现场支护强度，就可以避免后期冒顶隐患，同时可以减少二次成巷成本，降低施工难度。3.3合理选择掘进破岩方式采用爆破施工时，要控制好爆破参数。针对施工中围岩破碎情况，要控制炮眼个数、深度及炮眼间距等爆破技术参数4，严格控制好单眼装药量（周边眼装药量0.080.12 kg），必要时要增打周边空眼，采取切割预裂爆破技术，降低爆破对围岩的破坏程度。3.4采用“掏硐法”“掏硐法”即对巷道两帮及上部进行超前、中下部滞后的施工方法，此方法适用于断面大的巷道或硐室。箭竹坪煤矿一采区+90 m水泵房的围岩属稳定性较差类型，施工断面达20.3 m2。最开始采用全断面一次爆破成巷砌碹，施工1 m后因围岩稳定性差，造成顶部冒塌，施工难度极大。通过现场勘查，及时改变施工方法，采用“掏硐法”替代原有施工方法进行施工，顺利完成一采区+90 m水泵房施工任务。3.5采用插板法（撞楔法）在巷道掘进即将到松软围岩或泥岩层时，支架先支到工作面迎头，紧贴迎头断面，再从顶梁上部及棚腿两帮打入一排超前板（或木桩、钢管等），超前板起到加固顶部及两帮围岩作用，然后往迎头掘入一个支架的距离后立即支架，并用拉杆、背板等加固好支架。插板（或木桩、钢管等）长度要略大于3副半支架距离，以便于尾部可以固定在迎头退出支架，打入部分略大于一架棚距离。施工过程钢管前端要始终保持超前工作面迎头，并插在岩层内，以防止冒顶、片帮。如此循环，使巷道穿过松软岩或泥岩层（见图1）。插板密度（或木桩、钢管等）根据围岩块度情况来调整，块度较大可适当加大插板（或木桩、钢管等）间距，如果块度小的则应减小插板间隙。+238 m主平硐施工过程因碰到岩性断层破碎带、泥岩带，在接近该施工时，正是采用此法才顺利完成施工进度。二采区+380 m上部车能 源 与 电 力392023NO3ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK为了达到最高的经济效益，300450 t/d垃圾处理量电站推荐选用6.2 Mpa/445 进汽参数，450750 t/d垃圾处理量电站采用8.83 MPa/425/405 收益更高，750 t/d以上垃圾处理量电站推荐选用12.6 MPa/425/405 机型。5结论垃圾焚烧电站的高效率是市场的需求，也是国家政策的要求。结合垃圾焚烧发电锅炉腐蚀特性，系列开发垃圾焚烧发电用汽轮机。300450 t/d处理量焚烧炉选择6.2 MPa/440 凝汽式、高转速汽轮机收益增加6.1%以上，年收益增加178万312万元；4501 650 t/d处理量焚烧炉选择再热凝汽式（双缸双转速）汽轮机收益增加14.6%以上，年收益增加791万元以上。参考文献1张英民，尚晓博，李开明，等.城市生活垃圾处理技术现状与管理对策J.生态环境报，2011，20（02）：389-396.2田新珊，蔡广宇.城市垃圾处理方法综述J.电力环境保护，2003（01）：46-48.3张晓斌，戴小东，熊君霞，等.垃圾焚烧发电项目余热锅炉中参数和高参数的对比分析J.能源研究与信息，2018，34（4）：195-201.4鞠付栋，孙永斌，聂会建，等.垃圾焚烧发电工程提高热效率的措施J.电力科技与环保，2020，36（03）：53-56.5刘玉坤，管志云，邵敏.高效率垃圾焚烧发电技术分析和应用J.节能，2019（12）：44-46.6刘全，卫栋梁，刘润兵.高效再热垃圾发电汽轮机组的开发及应用J.东方汽轮机，2019（2）：62-64.7张星，杨红霞，朱奇.垃圾焚烧发电汽轮机热力性能优化J.热力透平，2019，48（4）：265-268，293.8夏超，李光耀.600t/d高参数炉排垃圾焚烧余热锅炉的研发J.工业锅炉，2021（01）：26-29，54.9童钧耕.工程热力学M.北京：高等教育出版社，2007：317-330.10蔡小燕，李胤祺，杨红霞.国内垃圾焚烧发电汽轮机技术发展现状J.热力透平，2021，50（02）：79-82，92.11张益，赵由才.生活垃圾焚烧技术M.北京：化学工业出版社，2000：228-233.12曲作鹏，钟日钢，王磊，等.垃圾焚烧发电锅炉高温腐蚀防护技术的研究进展J.热加工工艺，2021，50（15）：6-11.13叶涛.热力发电厂M：6版.北京：中国电力出版社，2020：25-30.14陈霖.饱和蒸汽汽轮机水蚀的预防措施及应用J.化工设备与管道，2018，55（02）：53-56.15施红辉，俞茂铮，蔡颐年.汽轮机低压级动叶片的水蚀机理及水蚀准则J.热力发电，1990（04）：29-34.16苏畅，巩李明，邓启刚，等.垃圾焚烧余热锅炉典型再热方案分析J.节能，2020，39（12）：86-88.17W鲍尔.叶轮机械（原理与结构）M.王俊，译.北京：化学工业出版社，1984：125.（上接第37页）场处于围岩破碎带，吸取前期掘进施工过程遇断层造成冒顶的教训，在后期施工中，提前分析预测地质构造情况，在接近断层破碎带时，提前采取插板法施工，顺利通过断层破碎带。成巷施工过冒落区时也可采用撞楔法。在巷道发生严重冒顶、冒碴源源不断的情况下，在靠冒落区的棚梁上，往冒落区斜向上打一排插板（插板间隙根据现场冒落区岩石块度确定），形成人工假顶，从而阻断顶部冒碴现象。如果冒碴之中夹有大块矸石，插板无法打入时，可采用钢管或钢钎代替，先采取风钻打眼（钻头直径要略大于钢管、钢钎直径），达到深度后再打入钢管或钢钎。箭竹坪煤矿在施工过冒落区砌碹施工过程中广泛应用该方法，并取得明显成效。在处理断层冒顶区时，也可以将撞楔法和掏硐法结合起来施工，先采用插板法，制造人工假顶控制顶帮，再采用“掏硐法”将巷道掏出（掏硐大小以满足人员操作为原则）进行成巷施工。3.6确保支护质量要保证支护质量符合要求，首先要确保支架承压强度必须满足围岩支护要求5。目前箭竹坪煤矿架棚支护采用“工字钢”或“U型钢”支护，支护强度基本满足特殊构造带掘进需求，压力较大时采用“U型钢”支护或缩小棚间距。在松软围岩掘进过程中控帮、控顶尤为重要，特别是在风化带或淋水带，如果帮、顶未控实，易导致边帮、顶板掉渣，久而久之就容易导致支架不牢固，从而导致冒顶、垮帮等现象发生。背帮、背顶可用半圆木、厚板皮等材料，根据围岩情况确定背帮、背顶材料用量，总之以不漏碴为原则。二采区+380 m上部车场90多米全部处于围岩破碎带，掘进过程中帮、顶背得不够严实，经过一段时间后，因巷道支架顶、帮大量的掉碴，导致多个支架失稳，顶板来压时推倒支架造成巷道大范围冒顶。3.7加强围岩预测预报加强围岩地质构造情况预测预报，提前采取合理破岩方法和支护方式，适时组织现场跟班技术指导，做好必要的退路、支护防范等工作，为过地质构造带（松软围岩带、断层破碎带、泥岩带等）巷道施工安全保驾护航。4结语本文总结了箭竹坪矿区围岩的破碎情况及在遇断层、围岩破碎带、松软岩层中掘进施工的经验教训，针对施工中遇到的常见问题，从成巷方式、掘进方法、支护方式、安全技术管理等方面提出施工和管理意见，通过