6-复杂地质条件长距离巷道安全快速掘进技术体系

复杂地质条件长距离巷道安全快速

掘进技术体系

1.






研究背景

焦家金矿14中段运输大巷，设计全长3000多米，为双向独头掘进，是焦家金矿带资源整合的关键工程，因此能否实现快速高效及安全施工是焦家金矿持续发展的关键基础。但是该巷道所在区域地质条件复杂，岩体条件变异性较大，存在多处含水层，同时超长的施工长度也为该工程的顺利施工带来了巨大的挑战。巷道施工所面临的主要挑战有：

（1）






巷道设计长度大，导致施工中运输距离长，运输时间增加，作业循环周期长影响整个施工的进度；

（2）水文地质条件极为复杂，在巷道掘进过程中揭露多处涌水点，且涌水点的分布极为分散，难于进行预测与处理；

（3）岩体变异性大，稳固区域和破碎区域交替分布，导致巷道开挖后地压显现明显，为作业人员带来安全隐患，同时也为巷道支护措施的选择以及支护施工带来挑战。针对复杂地质条件下长距离独头巷道快速掘进工艺，受多影响因素制约导致目前尚未有可借鉴的工艺技术。

为此，焦家金矿成立长距离巷道安全高效掘进攻关小组，攻克该类巷道的安全高效掘进技术，为焦家金矿以及山东黄金集团类似工程提供指导和借鉴。

二、研究内容

针对该巷道所面临的挑战，焦家金矿技术攻关小组从优化运输流程、解决超前探水、改进掘进工艺、提出卸压手段和优化支护工艺等方面进行各个击破，最终提出了“复杂地质条件长距离巷道安全快速掘进技术体系”。

1、技术体系概述

该工艺以超前探水技术和钻孔卸压技术为突破点，以优化爆破掘进工艺、支护工艺、运输工艺为核心，进行技术突破和工艺集成，形成复杂地质条件长距离巷道安全快速掘进技术体系。

2、具体实施措施

（1）超前探水技术—雷达超前快速探水技术

当前传统的超前探水技术多采用施工超前探水孔，但该手段存在施工周期长，成本高等问题，特别是超前探水孔的施工极大的影响了掘进作业。在水文地质条件复杂区域，涌水点多且分布分散的条件下，传统超前探水孔施工工艺已难以满足当前巷道的施工要求。在此基础上，焦家金矿引进探水雷达高精度快速地下水识别技术，结合探测结果建立地下水量—掘进施工—治水施工多因素多措施联动体系，在探测水量较小的情况下提出“以放代治、先掘后治”的理念，减少施工周期和探水凿岩工作量，该项技术实施后可将原有超前探水孔的施工周期由5天减少为2个小时，极大的节约了作业施工时间。

（2）超前钻孔卸压技术以及软硬互间不协调变形岩体支护技术

针对巷道掘进过程中巷道围岩地压显现明显的问题，焦家金矿科技攻关小组提出超前钻孔卸压技术（如图1、2），通过理论分析、数值试验和现场试验，确定了超前卸压钻孔的布置形式、钻孔的倾角、钻孔的长度以及钻孔内装药量的长度和起爆顺序。针对该区域围岩软硬互间，导致开挖后围岩产生不协调变形，而当前的支护手段又难以实现预定支护效果的难题，焦家金矿科技攻关小组提出分区支护的概念，将围岩划分为稳固围岩，破碎围岩以及软硬互间的交界带三个区域，并针对三个区域分别提出，普通锚杆支护，锚网+喷射混凝土支护以及锚杆+短锚索联合支护工艺。以上两个关键技术建立后，有效地控制了巷道围岩的变形破坏，并顺利通过100m高应力岩爆区域。

图1 超前钻孔卸压技术                     图2 安装锚杆应立计

（3）渣石倒运工艺

针对长距离巷道掘进，渣石运输距离长，渣石运输与掘进施工相互影响的问题，提出“渣石先倒后运”工艺。在巷道轴线方向上每隔一段距离施工临时渣石倒运站，基于线性规划理论，综合考虑施工成本、运输成本以及运输时间等因素，确定临时渣石倒运站的间隔以及尺寸。从而实现掘进作业与渣石运输平行作业模式，极大的提高了巷道的掘进施工效率。经过优化后，临时渣石倒运站的间隔为100m，提高巷道掘进效率50%以上。

（4）长距离巷道软硬互间围岩掘进工艺

针对该区域围岩软硬互间条件，制定分区凿岩爆破方案，分析不同岩体的可钻性及可爆性，优化掘进炮孔的掏槽工艺、炮孔长度以及爆破方案。当围岩条件较好时采用直眼掏槽工艺，当岩体破碎时，采用斜眼掏槽工艺，并减少掏槽孔数量，在保证爆破效果的基础上，最大程度的减少凿岩时间。

三、主要创新点

1、长距离巷道软硬互间围岩掘进工艺

针对该区域围岩软硬互间条件，研发长距离巷道软硬互间围岩掘进工艺，将岩体力学性质与其可钻性、可爆性结合起来，分岩性设计与其匹配的掏槽工艺、炮孔布置形式以及爆破参数。

2、雷达超前快速探水技术

基于探水雷达高精度快速地下水识别技术，结合探测结果建立地下水量—掘进施工—治水施工多因素多措施联动体系，减少施工周期和凿岩工作量，优化掘进计划。

3、超前钻孔卸压技术以及软硬互间不协调变形岩体支护技术

利用超前钻孔卸压的思路，研发超前钻孔卸压技术以及软硬互间不协调变形岩体支护技术，通过理论分析、数值试验和现场试验，确定了超前卸压钻孔的布置形式、钻孔的倾角、钻孔的长度以及钻孔内装药量的长度和起爆顺序，并针对该区域围岩软硬互间，开挖后围岩变形不协调的问题，提出分区围岩支护思路，并根据每种岩性，确定其支护设计方案。

四、效益分析

通过工艺优化后，循环作业时间明显减少，由原来的12小时一个循环逐渐减少到6小时一个循环，在2018年5月份施工月进尺达到243.9米，创造了集团独头平巷掘进新纪录。