超前管棚支护技术在井巷断层破碎带中的应用

高 超 闫满志 王文才

(河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿)

超前管棚支护技术在井巷断层破碎带中的应用

高 超 闫满志 王文才

(河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿)

论述了超前管棚支护技术在断层、破碎带等不良地质条件下的应用，以田兴铁矿大贾庄为例，该矿在进风井施工中穿越断层、破碎带等不良地质，采用了超前管棚支护技术，取得了较好的支护效果。

超前管棚支护 断层破碎带 巷道掘进

河北钢铁集团矿业有限公司田兴铁矿位于河北省唐山市滦县响嘡镇，设计生产能力2 000万t/a，是目前国内最大的在建地下铁矿。矿区地下水量丰富，水文地质条件复杂，巷道掘进过程中多遇断层、破碎带等不良地质条件。

大贾庄进风井-475 m中段平巷是田兴铁矿基建掘砌工程，2013年11月11日施工至上盘沿脉巷105 m处遇一破碎带，岩石松散、破碎，断层充填物为软质泥岩，遇水软化，揭露后自行坍塌。该断层沿巷道掘进方向斜向发育，主要岩性为黑云斜长变粒岩，变质程度较浅、成分简单，颗粒较细，产状为225°∠60°，并有地下水至断层充填带以及底板涌出，涌水量达82.8 m3/h。为保证进风井顺利掘进，采用了超前管棚支护技术。

1 超前管棚支护

超前管棚支护技术是将一组带有注浆孔的钢管沿开挖掌子面外围打入岩层内，通过钢管梅花形布置的注浆孔向岩层中注浆，加固破碎岩层。管棚注浆适用于掌子面岩石破碎、前方富含裂隙水岩层的加固。

1.1 掌子面拱顶及侧墙预支护

根据已揭露断层岩石产状及设计巷道的规格，大贾庄进风井-475 m采取的门型结构配置[1]如图1。管棚钢管结构如图2所示。

采用双浆液注浆形成帷幕，支护断面依据刷大后的断面进行施工，直至通过破碎带后恢复至巷道设计断面。

1.2 短掘短支[2]

待超前管棚注浆达到强度后，采用短掘短支的方式开挖施工，循环进尺控制在1m左右，采用拱架、锚网喷混凝土联合支护。

图1 门型管棚结构(单位：mm)

图2 管棚钢管结构(单位：mm)

(1)采用I20a型工字钢拱架，纵向间距500 mm，每榀之间用φ16 mm钢筋纵向连接，用φ16 mm 树脂锚杆锁脚，每架每侧2根，L=3 000 mm。

(2)打φ16 mm径向树脂锚杆，呈(环×纵)500 mm×500 mm梅花型布设，L=3 000 mm，并与临近的拱架焊接；沿拱架内侧铺设φ6.5 mm钢筋网，网孔规格为150 mm×150 mm。

(3)喷射C30混凝土，厚度300 mm；底板下掘不小于700 mm施工底拱，用I20a型工字钢横向将拱架连接，形成闭合受力环，后进行喷射混凝土C30支护，厚度400 mm，预埋导水管将涌水处地下水导出，待全部通过断层破碎带后注浆封堵涌水。

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锚网、锚杆联合支护断面见图3，超前管棚支护见图4。

2 施工流程

沿开挖轮廓打设超前注浆管棚对掌子面拱顶及侧墙进行预支护，采用双浆液注浆形成帷幕后进行拱架、锚网喷混凝土联合支护，下掘施工底拱形成闭合受力环，之后喷射混凝土支护，在涌水处预埋导水管将地下水导出，待全部通过断层破碎带后进行注浆封堵涌水。 施工顺序：封堵掌子面集中涌水→打设超前钢管并注浆→下掘底板→拱架支护→锚杆、钢筋网及喷混凝土支护→下一循环支护。

图3 锚网、锚杆联合支护(单位：mm)

图4 超前管棚支护(单位：mm)

(1)在超前支护之前,利用超前钻探孔，采用水泥-水玻璃双浆液注浆，封堵工作面断层破碎带的涌水，以减少对施工的影响。清理掌子面松渣，选择岩石较完整处立一I20a型工字钢，在工字钢腹部每隔300 mm打φ90 mm的孔洞，沿拱架两侧打φ16 mm 树脂锚杆固定拱架，选用Y28气腿式凿岩机，φ70 mm 牙轮钻头，沿工字钢腹部预留的孔洞钻φ70 mm的孔，孔深6 000 mm。钻孔要保持直线，确保深度达到设计要求，保证钢管端头推至孔底，成孔后清除孔内的岩粉及泥浆。

(2)安插钢管及注浆。清孔后将已加工成锥形的钢管慢慢送入孔内，外露段接上注浆管注入水泥-水玻璃双浆液，水泥浆水灰比为0.5∶1，两种浆液的配合比为1∶1。

(3)采用预裂爆破或弱爆破方式掘进，先在底板下掘700 mm，防止因振动对超前注浆管棚形成的帷幕产生扰动。然后每隔500 mm支护一榀拱架，沿拱架两侧打设树脂锚杆将拱架固定，底拱安设I20a型工字钢横梁，与拱架连成闭合受力环，在横梁中部打设竖向锚杆将其锚固，防止因地压过大而引起底鼓变形。

(4)拱架支护好后进行锚网喷混凝土支护。清理底板淤泥及松渣后开始喷混凝土，混凝土厚度400 mm；按设计规格施工水沟；剩余300 mm高度的底板夯填级配碎石，用5～10 mm和20～40 mm两种碎石按照1∶1配置，分两层夯填，人工摊铺，平板振捣器振捣密实。

沿拱部及侧墙径向打φ16 mm树脂锚杆，按照(环×纵)500 mm×500 mm进行梅花型布设、L=3 000 mm，并与临近的拱架焊接；沿拱架内侧铺设φ6.5 mm钢筋网，网孔规格为150 mm×150 mm；喷射C30混凝土，厚度300 mm。

每个掘砌循环控制在1 m之内，4个循环后重复进行超前管棚施工，以此循环直至通过破碎带为止。

(5)遇流沙层段时，超前管棚需设置两层，层间距250 mm并交错布设；拱架按纵向距离250 mm支护，并增设径向φ42 mm×4 mm注浆导管对围岩进行注浆固结，(环×纵)800 mm×800 mm梅花型布设，L=3 000 mm，注浆材料用水泥-水玻璃双浆液，水泥浆的水灰比为0.5∶1，两种浆液的配合比为1∶1。

3 结 语

田兴铁矿大贾庄进风井掘进中遇巷道断层破碎带段，采用超前管棚注浆预支护加固和锚网喷混凝土联合加强支护后，提高了岩体的整体性，顺利地通过了此处断层破碎带。

[1] 刘文伟，朱群燕.超前管棚支护在江阴隧洞塌方处理施工中的应用[J].西部探矿工程，2010(9):208-210.

[2] 钱云东，张 英.超前管棚支护技术在宾玛得隧道进出口浅埋段中的应用[J].水电施工技术，2010(4)：46-49.

2014-11-11)

高 超(1986—)，男，助理工程师，063701 河北省唐山市滦县响嘡镇。