摘要：中关铁矿井下开采时，部分巷道处于蚀变闪长岩、矽卡岩等松软破碎围岩中，掘进过程中时常出现顶板塌冒、巷道成型不规整、支护反复维修等问题，造成巷道掘进无法顺利进行，工人施工安全无法保障，为实现中关铁矿松软破碎围岩巷道的安全施工，针对此类围岩特性，结合中关铁矿实际情况，采取了诸如缩小巷道断面以及优化光面爆破掘进工艺，同时针对不同跨度的巷道（硐室）分别采用超前锚杆预支护+金属U型支架和喷锚网+长锚索两种不同的联合支护方式。上述综合掘支技术在中关铁矿松软破碎围岩掘进施工中效果明显，不仅提高了巷道掘进的效率，工人作业的安全也得到了极大保障，同时支护二次维修率大幅下降，进一步降低了巷道掘支成本。

　　关键词：松软破碎围岩；巷道；光面爆破；联合支护

　　针对松软破碎围岩巷道掘进和支护的问题，国内外矿山进行了很多研究，也有诸多成功案例可以借鉴，诸如张家洼铁矿、西石门铁矿通过采取优化爆破参数、调整支护结构等措施，均实现了巷道的顺利施工［1］。中关铁矿在借鉴其他矿山成功经验的基础上，总结出了适合自己的技术方案。

　　1工程地质概况

　　中关铁矿矿区主要矿体赋存在岩浆岩与中奥陶系灰岩的接触带及其附近灰岩裂隙中，属于典型的接触交代矽卡岩型磁铁矿床，巷道、硐室等工程揭露的情况显示，矿岩变化较大，大部分矿岩节理裂隙发育，软弱夹层较多且多为泥质灰岩，同时夹有碳质片岩形成多个弱面，致使矿岩较为破碎，整体稳固性差［2］。巷道掘进过程中遇到的松软破碎岩性主要有矽卡岩、蚀变闪长岩等，如-170m水平9#S1凿岩硐室为软弱岩型矿石且被绿泥石化，遇水强度变低；-215m下盘沿巷为结晶灰岩，裂隙十分发育。

　　2软破围岩掘进施工中的难题

　　（1）巷道掘进施工成型不规整，超欠挖严重，给后期巷道支护造成困难，支护体无法完全贴合岩面，多为点接触或线接触，很难形成整体支护，经常造成局部支护承压过载，地压显现地段出现扭曲变形，围岩失稳。

　　（2）巷道掘进围岩破碎，浮石较多，在地应力或爆破振动等因素扰动下极易发生冒顶片帮、迎头垮冒事故［3］，工人施工作业安全无法得到保障。

　　（3）巷道围岩开挖后，由于岩性松软破碎，尤其是矿体下盘围岩多为矽卡岩或蚀变闪长岩，硬度小且遇水泥化，稳固性差，巷道自承能力较低，巷道顶板下沉或底鼓时有发生。

　　3巷道掘支技术

　　一般来说，松软破碎围岩巷道掘进时，为减少风化岩体暴露面积，掘进巷道宜采用小尺寸断面+短进尺循环施工工艺，尽量减少空区暴露时间，在巷道围岩未发生形变前，选择合理的支护方式，及时封闭风化岩体，最短时间内使巷道原有应力产生二次应力重新分配达到平衡，从而使巷道不发生或少发生失稳破坏。

　　3.1巷道断面尺寸选择

　　过松软破碎带时，掘进巷道断面尺寸的选择应在满足井下凿岩、出矿等设备以及行人需要的情况下，尽可能地减少高度和宽度尺寸。无轨运输设备与支护之间的间隙，应不小于0.6m，结合中关铁矿井下设备，主要巷道规格做以下调整：出矿进路由原来的4.0×3.8m（宽×高）优化为4.0×3.2m，对于围岩松软破碎的拉底巷和凿岩巷中深孔施工设备由Simba1254中孔钻机变更为YGZ90钻机，巷道规格可由原来的3.9×4.3m（宽×高）优化为3.5×3.2m。

　　3.2光面爆破技术应用

　　光面爆破技术是通过合理选择爆破参数，使爆破后巷道成型规整，最大限度地保持围岩自身强度，从而增强围岩的自承能力，同时也减轻爆破对围岩的扰动和破坏，尽可能地保持原岩的完整性和稳定性。完整围岩中只需提供比较小的支护抗力，依靠围岩自身的自稳能力，就能维持稳定［4］。

　　在松软破碎围岩掘进中，“短进尺、弱爆破、强支护”是爆破开挖施工的基本原则［5］，宜采用光面爆破技术进行巷道周边轮廓的控制爆破，以-215水平7N1采场凿岩巷为例，每次进尺控制在1.0~1.5m左右，结合中关铁矿围岩破碎的实际情况，对装药量、装药结构以及炮孔的布置等进行优化，光面爆破具体技术参数见表1。

　　在施工-215m水平7N1凿岩巷局部地段，围岩极度破碎，采用普通光面爆破工艺，巷道成型也无法保证，仍不可避免地出现了冒顶、片帮，为此进一步优化爆破工艺，采用小断面超前光面爆破掘进工艺［6］，将一次光面爆破分为两次进行，先进行掏槽眼、辅助眼和底眼爆破，铲车出渣后，再进行周边眼爆破，将周边眼间距缩小至400mm，同时将掘进进尺控制在0.8~1.0m，严格遵守“多打眼，少装药，弱爆破”的周边眼爆破原则，减少周边眼爆破振动对巷道轮廓的扰动，最大程度保证围岩的完整性。

　　3.3联合支护技术应用

　　结合中关铁矿的工程实践来看，单一的支护方法往往难以奏效，不仅无法保证巷道的安全使用，后期仍需要多次进行维护，使用维护成本较高，故对施工中遇到的不良地质地段采取先护后挖、初期支护紧跟掌子面，及时喷砼封闭围岩的方法进行施工，然后再采用两种以上的联合支护方式进行补强支护，从而达到控制软破围岩巷道变形的目的。结合中关铁矿破碎围岩的岩性特点，通过多次支护实践证明，超前锚杆预支护+金属U型支架和喷锚网+长锚索两种联合支护方式在过软破围岩巷道时，支护效果显著，巷道能够长时间保持稳定不变形。

　　3.3.1超前锚杆预支护+金属U型支架联合支护

　　为防止破碎围岩在开挖后，短时间内发生变形或塌落，对于极度破碎尤其是顶板破碎的小跨度巷道（宽度小于5.0m）掘进时，在短掘短支的基础上，首先在巷道开挖后立即对暴露围岩进行素喷初期支护，混凝土厚度为20mm，及时封闭围岩防止其进一步风化，然后采取超前锚杆预支护+金属U型支架联合支护（图1）。在掌子面前端采用超前锚杆的支护方式对巷道拱部破碎围岩进行预支护，增强前端围岩的整体性，提高破碎围岩的稳固性，使其能够满足下一步金属U型支架支护施工在安全性和时间上的要求，确保巷道顶板在金属拱架形成刚性支护前不发生塌冒。最后，初期支护完成后，立即安排人员在预支护的保护下进行金属拱架支护，确保拱架支护紧跟掌子面。

　　超前锚杆是沿开挖巷道拱部，以10。～15。的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，锚杆采用直径φ32mm的圆钢，长度为3m，进入围岩2m，外留1m，外留部分尾部要搭在最前第二架拱架的U型底处。锚杆采用药剂锚固，锚杆间距200~300mm，在破碎部位可加密布置，每2~3排拱架布置一排超前锚杆。金属拱架采用20Mn-25型U型钢，间距一般为500~700mm，稳固性差的地段可适当缩小。

　　3.3.2喷锚网+长锚索联合支护

　　中关铁矿-170m水平凿岩硐室由于巷道宽度达到了5~8m，岩石条件较差，围岩不稳固，大直径深孔爆破采矿方法要求凿岩硐室长时间保持稳固不变形，普通支护方法难以满足需要，经多次反复试验调整支护方式，发现喷锚网+长锚索联合支护对于这种大跨度不稳固围岩巷道的支护效果较好。

　　由于凿岩硐室跨度较大，部分围岩不稳固，一次成巷难度较大，因此需要先在-170m水平矿房侧帮施工平巷至矿房边界作为凿岩硐室导硐，最后导硐扩刷为大跨度凿岩硐室，凿岩导硐开挖后须采用喷锚网+长锚索联合支护随掘随支，紧跟掌子面，导硐每次扩刷进尺宜控制在1.5m左右，每次扩刷后要求对新开挖的巷道进行支护，完成支护后方可再次进行扩刷。

　　整个凿岩硐室扩刷完毕后，大跨度巷道联合支护也就随即形成，实践表明，该支护方式完全能够满足采矿施工需要。其支护参数主要根据围岩松动圈理论和围岩普氏系数等来确定的，喷锚网支护时金属网网格100×100mm，钢筋φ6mm，网片1×2m。锚杆采用φ20mm树脂锚杆，间排距800m×800m，锚杆长度2.4m；长锚索长度15m，采用φ17.8mm钢绞线制作，间距2m，排距4m，全长锚固，每排布置3~4根长锚索（图2），锚索预紧强度30kN，混凝土强度C20，支护厚度150mm，锚杆扭矩≥120N·m，锚固力大于50kN。

　　4应用效果

　　首先，缩小巷道断面同时配合光面爆破技术的使用，使得巷道开挖后成型规整，超欠挖现象较之前降低了50%以上，拱部炮眼留存率达到70%左右，减少了爆破对围岩的扰动。

　　其次，大幅度提高了出矿进路、切割巷等巷道在过松软破碎地段的掘进效率，在超前锚杆预支护的作用下，2023年以来未发生过巷道冒顶情况，工人施工作业安全得到极大保障。

　　再次，由于巷道成型规整，金属U型拱架支护上部充填木能够和岩体全面紧密接触，及时快速起到整体支撑作用，避免了单独的点、线高强度受力的情况出现，从而阻止围岩继续变形，自优化掘支技术以来，金属U型拱架二次维修量下降了80%以上，大幅度降低了支护成本。

　　最后，-170m水平凿岩硐室在采用喷锚网+长锚索联合支护方式后，经过长期观测统计，两帮最大的位移量不超过200mm，顶板下沉控制在50mm范围以内，且变化速率逐渐趋缓，后期处于定值，巷道围岩处于稳定状态。在整个采场回采周期内，未发生大面积冒顶片帮，完全满足采矿施工需要。

　　5结论

　　综上所述，中关铁矿过松软破碎围岩巷道掘进时，采用“小断面短进尺”短掘短支、掘支一体的施工工艺，同时采取光面爆破技术严格控制巷道轮廓，使巷道成型规整，降低了爆破振动对周边围岩的破坏，保持了原岩的完整性，对于增强巷道自承能力效果明显。单一的巷道支护方式无法达到软破围岩对支护强度的要求，从中关铁矿工程实践来看，超前锚杆+金属U型支架适用于小跨度巷道支护，喷锚网+长锚索联合支护对于宽度大于5m的硐室支护效果更佳。中关铁矿松软破碎围岩掘支技术的应用，不但提高了掘进效率，更重要的保障了工人作业的安全，取得了良好的经济和社会效益，对类似生产矿山在掘支方面具有重要的借鉴意义。

　　参考文献

　　［1］汪光德，崔杰.西石门铁矿破碎、松软岩体掘进技术研究［J］.现代矿业，2020，36（4）：71-74+79.

　　［2］王庆刚，王立杰，尹爱民，等.高应力破碎大断面硐室掘进与联合支护技术研究与实践［J］.现代矿业，2021，37（8）：252-253+257.

　　［3］曾晓昌，肖天勇，李志钧.等.简述光面爆破在普朗铜矿中的应用［J］.采矿技术，2022，22（5）：182-185.

　　［4］刘飞.隧道穿越不良地质段施工工艺及围岩稳定性探讨［J］.科技传播，2011（2）：29-30.

　　［5］王俊生.松软破碎岩层巷道的掘进与支护［J］.河南理工大学学报（自然科学版），2010，29（S1）：158-163.

　　［6］苏锡安.西石门铁矿北区软弱破碎围岩巷道掘支技术［J］.中国矿业，2019，28（11）：109-112.