黔南清水江组浅层风化板岩中的施工方法探讨_唐禹杰.pdf

黔南清水江组浅层风化板岩中的施工方法探讨唐禹杰（瓮福（集团）有限责任公司，贵州贵阳550002）摘要：瓮福磨坊矿深部磷矿 150 万 t/年地下采矿工程建设正如火如荼的进行，而在清水江组浅层风化板岩中掘进时，常发生冒顶片帮现象，严重导致施工进度滞后。为保障施工进度、施工质量、施工安全，针对清水江组板岩在不同地质环境下呈现出差异岩性地质特征的难题，通过不断实践，探索出采取控制爆破、超前管棚、无爆破机械凿岩等方法以解决常冒顶片帮问题，同时采用撞楔法、充填注浆法、千斤顶拱架复位法等方法安全通过冒顶区域，确保巷道正常掘进。关键词：板岩；顺层施工；控制爆破；超前管棚；冒顶；撞楔法中图分类号：TD35文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0192-030引言磨坊深部磷矿 150 万 t/年地下采矿开拓工程一标段主胶带斜井井筒总长 1 836 m，坡度 i=22%（122427），计划掘进指标 80 m/月，计划工期 23 个月。主胶带斜井地质条件复杂，岩层为清水江组砂质板岩、泥岩风化强，岩层产状为 33816（见图1），巷道坡度与岩层倾角基本一致、岩层节理发育，因风化造成层间结合差，浸水后易膨胀、崩解，造成局部倾倒破坏，施工过程中易发生冒顶片帮1-3。在前 100 m的掘进过程中，出现大小冒顶合计 13 次，导致施工进度目标滞后。为此，探索出在黔南清水江组浅层风化板岩中的施工方法，是能按时完成斜井掘进任务的关键所在。1地质背景磨坊深部磷矿勘探区位于高坪背斜北段。背斜核部宽缓，核部由青白口系下江时期清水江组（Pt1d3q）构成，两翼为南华系上统南沱冰碛岩组（Pt2c3n）、震旦系下统陡山沱组（Pt33d）、震旦系上统寒武系纽芬兰统灯影组（Pt3b31d）和寒武系第二统纽芬兰统牛蹄塘组（1-2n）、寒武系第二统明心寺组（2m）及金顶山组（2j）组成4。背斜轴向北北东 510。西翼完整，地层倾向 290320，倾角 825；东翼受F1 断裂的破坏，地层部份错失。在塘边以北主要为陡山沱组及灯影组，地层倾向 1550，倾角 1030；在塘边以南，均为清水江组，地层倾向 50105，倾角 2128，局部为 3255。勘探区内出露的地层由老到新依次有：新元古界青白口系下江时期清水江组（Pt1d3q）、南华系上统南沱冰碛岩组（Pt2c3n）、震旦系下统陡山沱组（Pt33d）和震旦系上统寒武系纽芬兰统灯影组（Pt3b31d）、古生界寒武系纽芬兰统第二统牛蹄塘组（1-2n）、寒武系第二统明心寺组（2m）、金顶山组（2j）；第四系全新统残坡积物（Qeld）零星分布，不整合覆于前述各地层之上。青白口系下江时期清水江组（Pt1d3q）由灰绿色薄至中厚层变余凝灰质粉砂岩与变余凝灰质黏土岩的韵律组成，夹不稳定的铁质绿泥石水云母黏土岩，为一套浅变质岩系。未见底，可见厚度大于 180 m。2针对地质破碎情况的施工分析主胶带斜井硐口进口段岩石埋深浅、板岩、泥岩风化强，岩石软硬相间，结合差。初始地应力较低，以自重应力为主。胶带斜井掘进方向 332与地层倾向交角约 30，为清水江祖板岩小角度顺层施工。施工时，泥岩岩性软弱，强度低，特别是遇水后表面易软化、崩解，失水后易干缩开裂，开挖暴露时间长时岩体风化加剧，干湿效应显著，导致频繁出现顶板冒落情况。在施工过程中重视构造导水区域或施工用水对围岩浸泃的破坏，及时支护封闭以防围岩蠕变、松弛和崩解破坏，在施工过程中对地质破碎情况进行探索。2.1岩层正常段施工主胶带斜井正常段为清水江组板岩、工作面无水且岩层稳定地质段。面对正常段板岩地质往往采用全断面钻爆掘进，炮孔深度 2 m，但面对爆破揭露的围岩需尽快素喷封闭，避免与空气接触风化导致岩层变软5。支护采用锚网喷支护，喷射混凝土初喷 5 cm、收稿日期：2022-12-29作者简介：唐禹杰（1989），男，贵州瓮安人，毕业于贵州大学矿业学院采矿工程专业，本科，工程师，现任瓮福（集团）有限责任公司瓮福磷矿项目管理工程师，分管矿山工程建设工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.072图 1岩层产状示意图生产实践2023 年第 5 期图 3炮孔布置图（未标单位：mm）复喷 10 cm，树脂锚杆长 2 m、间距 80 cm、排距 1 m，钢筋网为 6.5 mm 钢筋单层编织网、网度 150 mm150mm。支护作业工序为：爆破撬毛素喷砼 5cm钢筋网布设锚杆作业复喷砼 10 cm。支护断面图如图 2 所示，炮孔布置图如图 3 所示。2.2破碎段主胶带斜井破碎段主要为岩层含水、软弱较不稳定，爆破施工后顶板受振动大易发生冒落。掘进过破碎段采用控制爆破法，即小爆破创造自由面配合机械凿岩掘进，小爆破、短进尺、遵循“短掘短支、快掘快支”，机械凿岩采用破挖一体机6。爆破参数及爆破效果如表 1、表 2 所示。2.3极破碎段极破碎段需通过实施超前地质预报手段观测前方岩性，特别是在钻孔过程中有明显塌孔、钻杆突然陷落等情况要引起重视，需增加超前小导管管棚形成超前支护，在掘进工艺上仍采用破碎段控制爆破方法，针对围岩破碎程度分别采用小爆破创造自由面+机械凿岩或者完全机械凿岩方式掘进；并采用在破碎段支护方式基础上加密钢拱架（间距 0.51 m）支护，预防冒顶威胁作业人员安全。3针对冒顶情况的施工分析主胶带斜井前期出现大小冒顶合计 13 次。在面对冒顶情况时，针对不同程度的冒顶情况，探索出相应的解决方法。3.1小冒顶冒顶方量 20 m3称为小冒顶，针对小程度、小方量的冒顶情况，采用小断面快速修复法，优先采用素混凝土进行喷射封闭，避免清水江祖板岩遇水或受空气氧化发生膨胀而发生二次冒顶。素喷封闭保证顶板稳定后再进行快速支护以过冒顶区域，架设 0.51 m间距的钢拱架，再进行锚网喷，在空顶部分塞填圆木。相关支护情况如图 4 所示。3.2大型冒顶冒顶方量在 20200 m3，且冒顶方量、高度、跨度都比较大的冒顶称为大型冒顶，分为如下几种情况。3.2.1空顶较大且空顶范围不明的大型冒顶面对此类冒顶，优先采用撞楔法进行支护。在不出渣的情况下，采用长 9 m 的 18 kg 轨道钢削尖配合装载机，沿稳定的点撞楔冒顶松渣，将轨道钢削尖部分撞楔掌子面基岩；轨道钢间距为 20 cm，轨道钢撞楔后将尾部与钢拱架焊接加固，与轨道钢连接的钢拱架采用 14 号工字钢横向焊接加固。撞楔完成后，在保证顶板松渣稳定情况下进行登渣作业，按 0.5 m 间距架设钢拱架，对架设的钢拱架采用 14 号工字钢 20 cm间距横向焊接加固，横向工字钢间焊接对应尺寸为 5 mm图 2支护断面图（未标单位：mm）表 1爆破参数表表 2设计爆破效果炮眼名称炮眼编号炮眼深度/m炮眼倾角/（）装药系数总装药量/kg起爆顺序掏槽眼141750.651.6I辅助眼580.9900.752.4周边眼9120.9890.450.8合计124.8项目参数炮孔利用率/%0.7循环进尺/m0.6每循环爆破实体岩石/m33.6每循环数码雷管消耗量/个13每循环炸药消耗量/kg4.8每循环导爆管消耗量/m2单耗/（kg m-3）1.3单位原岩雷管消耗量/（个 m-3）3.6图 4断面支护图4 7005005004003003 7504 5004 8001502001002501501 500400人行踏步2 0003 5001 500150胶带中心线斜井中心线猴车中心线R1 17912 号矿用工字钢，L=4 440 m间距 9 m6.5 钢筋网钢筋间距 50150拱顶照明灯具间距 5 m树脂锚杆 20，L=2 000 m间距 800，排距 1 000R3 114-唐禹杰：黔南清水江组浅层风化板岩中的施工方法探讨193山西冶金E-mail:第 46 卷Discussion on Construction Methods in Shallow Weathered Slate of Qingshui River Formationin QiannanTang Yujie（Wengfu(Group)Co.,Ltd.,Guiyang Guizhou 550002）Abstract:The underground mining engineering construction of 1.5 million t/a deep phosphate rock in the Mill Mine of Wengfu PhosphateMine is in full swing,while the roof fall and wall fragmentation often occur when tunneling in the shallow weathered slate of QingshuijiangFormation,which seriously leads to the delay of construction progress.In order to ensure the construction progress,construction quality andconstruction safety,in view of different complex geological conditions in Qingshuijiang Formation,through continuous practice,it has beenexplored to solve the problem of frequent roof fall and wall fragmentation by adopting controlled blasting method,advanced pipe shed andother methods.For roof fall,it is safe to pass through the roof fall area by using wedge impact method,jack arch restoration and othermethods to ensure the normal tunneling of the roadway.Key words:slate;bedding construction;controlled blasting;advance pipe shed;roof fall;wedge impact method图 7双层十字枕木的钢板，防止松渣下漏。依次采用该方法立完拱架，保证顶板不漏渣且保持稳定后，采用装载机出渣，再喷射 15 cm 厚的混凝土成型，最后采用 30 cm 钢筋砼进行二次衬砌，即可保证冒顶段稳定。撞楔法施工图如图 5 所示。3.2.2空顶可视的大型冒顶针对跨度较大、冒顶后空顶可视的冒顶情况，首先对空顶区域素喷 510 cm，待顶板基本稳定后进行登渣作业，采用锚网喷施工（树脂锚杆间距 80 cm、钢筋网布满，搭接长度 10 cm、C20 喷射混凝土 10 cm），保证空顶完全稳定后，按 0.51 m 间距架设钢拱架，钢拱架内侧铺设钢筋网（网度 150 mm150 mm），在钢拱架与空顶之间采用圆木或锯木面充填，充填紧实后采用装载机出渣，再进行 C20 混凝土喷射至巷道成型。3.2.3支护过程钢拱架受压变形在施工过程中，还有其他情况的冒顶，比如在支护过程中，钢拱架受压变形，顶板冒顶松渣不可视也不可测时，采用登渣作业，用千斤顶将钢拱架复位，再用 14 号工字钢横向加固，使钢拱架达到受力条件之后，采用钢筋砼浇筑成型。双层十字枕木示意图如图7 所示。3.2.4其他冒顶情况在斜井巷道开拓施工过程中，由于地质原因会发生不可避免的顶板冒落，冒顶发生前后首先要保证作业人员生命安全，冒顶后根据实际情况，在对破碎段、极破碎段进行支护的基础上，结合锚网喷、小断面快速修复法