有色金属矿山井巷超前桩支护
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摘 要：有色金属矿山整体地质条件较好，但有区域地段矿岩柔软或破碎。超前桩支护解决掘进遇到大断层、风化带时，巷道不易通过的问题，也适合巷道通过一、二类弱粘性土时巷道的“挖掘”。
关键词：超前桩；超前桩支护力学原理；定性分析；安全可行性；钢支架临时支护
前言
超前桩支护在佛子公司有两个实践应用，其一是260中段018线斜井超前桩支护，其二是六塘斜井超前桩支护，六塘斜井原是民窿，已收回，超前桩支护前严重塌方，因为矿山通风系统建设的需要，需重新开通六塘斜井。
掘进018线斜井时遇到大断层破碎带，如强行挖掘，破碎带的碎石就会一直往上塌落，直到不可收拾，这种情况应该是可预见的。为了避免这种情况的发生，我们依据力学中的悬梁假说和固定梁假说、松散体力学假说的原理推理出超前桩支护的安全可行性。并完成了018线斜井的掘进。
文章以六塘超前桩为例说明超前桩支护设计力学原理、工艺及相关技术经济指标。
1 超前桩支护掘进设计力学原理（定性分析）
六塘超前桩支护掘进设计不考虑原生构造地应力残留和新地压活动，理由是204地质队提供地质报告称：佛子矿区原生构造地应力残留极小，开矿以来，我矿区未有过大地压活动，且六塘斜井上方周围无采场空区。
1.1 超前桩杠杆力学原理
依据杠杆力学原理打入超前桩后，在未做其他支护前，桩底下挖空不能超过桩长的1/2。六塘超前桩的桩长2～2.5米，在未做任何支护下挖掘是不经济的，所以，在打桩前先用型钢支好龙门架。在架的横梁上打超前桩，这样，可在超前桩底下挖空更大的长度，在这种情况下超前桩受力是典型的活动梁载荷。挖空后，每隔0.5米再支一卡龙门架，龙门架之间用型钢连接，成临时钢架支护。
1.2 超前桩松散体力学原理
超前桩受力是典型的活动梁载荷，其受力大小的计算依据：超前桩的受力可以依据松散体力学原理计算，松散体力学原理认为矩形小断面空区上部受力与跨度有关，而与空区距地表深度无关，其受力为高度H=（3～5）*L（H为松散体，L为跨度）松散体的自重，H高度以上松散体重力，形成自然平衡拱分压到空区两壁，依据这个原理，经过计算，选用2寸钢管，每隔200mm打一条超前桩，可满足抗弯和扩剪切强度要求。以上理论不适用有大地压活动时受力计算。
超前桩选用材料考虑因素：由于超前桩打桩是用人工打桩，首先要考虑容易打，还要打得深，方可节约人力成本和材料成本，选用钢管为超前桩材料，可最大限度减少打桩阻力。尽管钢管的受力特点是抗曲效果好，抗弯曲、抗剪切较差，槽钢抗弯曲效果更好、工字钢抗剪切效果更好，还是选用钢管为超桩材料。
1.3 钢筋砼力学原理
钢筋砼力学认为：钢筋砼扩压强度与纯砼无多大区别，钢筋加强了砼的抗拉、抗剪切、抗弯曲强度，在抗拉、抗剪切、抗弯曲强度粗略的计算可以用钢筋的许用强度，而忽略钢筋的强度计算，钢筋还起到扩混凝土缓变和加强混凝土扩变形，本设计临时支护材料强度已足够，在砼加钢筋主要是加强混凝土扩变形能力。
1.4 六塘超前桩支护设计（如图1所示）
2 超前桩支护掘进工艺
六塘超前桩支护掘进工艺，在超前桩支护掘进设计力学原理有提及一般的情形，本节作一些补充。龙门架材料为14cm槽钢，龙门架基础深20cm，基础纵横用4cm槽钢焊接连接，每掘20米用C20砼基础。龙门架两壁各用2条4cm槽钢焊接连接、两壁上部各用一条8cm槽钢焊接连接。在架顶楔入木板密封，防止松散体在超前桩缝隙落下。在特别松散段支架两壁需楔入木板密封，防止松散体在两壁脱落，桩长2米，可挖掘1.5米，即每1.5米打一排超前桩。提升方式：用自制0.2立方米斗车，固定连接，10千瓦慢动绞车，4cm槽钢轨道。
提升安全设施：井头安全门，工作面双重安全门。
3 施工安全注意事项
在施工过程中，不要相信粗略的计算，在龙门架有严重的变形时，要加密龙门架，特别是在龙门架发出有异声时，工作人员要迅速撤出工作面，等待地压变化稳定后再作处理，这不是设计计算的问题，而是地压活动的不确定性造成的。在六塘工程中，有斜井入口支护发生过龙门架严重变形，在斜井约80米发生过龙门架严重变形，都是采用加密龙门架进行处理。由于钢架支护是塑性材料，一般情形，其变形及破坏是缓慢的，只要施工过程注意观察，小型地压活动的破坏，处理得当可以减小到最小程度。
龙门架严重变形原因分析：主要是超前桩上方松散体沿超前桩缝隙落下，出空了上方松散体，上方空区塌落后地应力重新分布造成，所以，如果发生这种情形，必需记录塌落松散体的量，以便计算上方空区体积，可尽早采取措施。
4 超前桩支护掘进主要技术经济指标
六塘超前桩支护掘进、永久性钢筋砼支护已经结束，总支护工程量平巷约22米，斜井约170米，整个施工过程是顺利的，安全防范措施得当。
5 超前桩支护意义
通过超前桩支护，避免了工程方案被迫更改，保障工程的连续性。为工程进展争取了时间，提高了生产效率。为巷道增强安全性，保障工人生产作业安全，改善作业环境条件。利用废旧巷道大大地节约了生产成本。
参考文献
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