礦山巷道掘進(jìn)施工中不良地質(zhì)段的處理

胡忠勇

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局117地質(zhì)大隊(duì)，貴州 貴陽(yáng) 550018）

在礦山巷道施工中因?yàn)槭艿娇辈榧夹g(shù)限制，難以對(duì)巷道巖性、圍巖分類進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，因此，巷道塌方是礦山巷道掘進(jìn)施工中的一大危險(xiǎn)因素。塌方情況的發(fā)生不僅對(duì)施工進(jìn)度造成影響，同時(shí)對(duì)施工人員生命安全存在巨大威脅。因此需要采取有效的支護(hù)措施對(duì)不良地質(zhì)段進(jìn)行處理。

1 礦山巷道掘進(jìn)施工中不良地質(zhì)段處理思路

1.1 小范圍塌方處理思路

小范圍塌方是指不良地質(zhì)存在巖體結(jié)構(gòu)問(wèn)題，斷層發(fā)生于較為狹窄部位，所以對(duì)于小范圍塌方問(wèn)題的處理通常通過(guò)挑梁法進(jìn)行處理。在相關(guān)區(qū)段安裝鋼支撐框架，對(duì)塌方區(qū)段開展急性錨噴支護(hù)，之后把木垛架安裝至挑梁區(qū)段，通過(guò)對(duì)塌方區(qū)段堵塞，能夠迅速遏止塌方進(jìn)一步下滑延展的趨勢(shì)，確保巖體結(jié)構(gòu)不繼續(xù)加劇變形。

1.2 中等塌方處理思路

中等塌方是指塌方范圍小于10m3，也存在于11m3～12m3之間。對(duì)于此范圍面積的塌方稱作中等塌方。此類塌方情況主要發(fā)生于斷層區(qū)段，而且此類斷層區(qū)段為傾向相對(duì)斷層區(qū)段，此類區(qū)段頂板的結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，所以對(duì)于此類塌方情況的處理主要通過(guò)護(hù)頂法或者管棚法，也可通過(guò)錨噴法處理。

1.3 大范圍塌方處理思路

大范圍塌方是指塌方范圍大于100m3，此類塌方情況通常波及范圍比較大，對(duì)礦山巷道掘進(jìn)施工會(huì)造成較大影響。同時(shí)此類區(qū)段通常頂板巖層厚度較薄，因此可能發(fā)生冒頂安全事故，所以對(duì)于大范圍塌方情況能夠通過(guò)導(dǎo)洞法、灌漿法處理。例如：施工巷道現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)情況比較復(fù)雜可以采用以上方法，對(duì)于水文地質(zhì)情況簡(jiǎn)單區(qū)段，則可以通過(guò)管棚法或錨噴法處理[1]。

2 礦山巷道掘進(jìn)施工中不良地質(zhì)段的處理

2.1 工程概況

該工程為貴州省務(wù)川縣某礦詳查坑探工程。其中PD1為從該礦體的南面向北面沿礦脈底部施工平硐掘進(jìn)，主脈長(zhǎng)約515m，坑口標(biāo)高為1100m，地理坐標(biāo)為（314846.36479784)，后期該工程作為開拓運(yùn)輸巷道利用。PD2為在原KD2的位置沿礦體頂界施工沿脈坑道，從該礦體的北面向南面掘進(jìn)，井口標(biāo)高為1202m，地理坐標(biāo)為（3149275，36479669)，方位角α為68°，傾角β為－4.64°，主脈長(zhǎng)約為260m。總工程量為：平硐PD1為515m，上山斜巷100m；平硐PD2為260m；坑探設(shè)計(jì)工程量合計(jì)：975m（含預(yù)留上山斜巷工作量100m）。

2.2 工程現(xiàn)場(chǎng)情況

施工現(xiàn)場(chǎng)屬中亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年均氣溫為15.6℃，最低氣溫－6.8℃，最高氣溫39.5℃，陰雨天較多，日照少。平均降水量1282mm，降雨主要集中在每年的4月～9月。水文地質(zhì)情況為：礦區(qū)屬中山侵蝕剝蝕高原山地地貌，其間發(fā)育存在方向不一的沖溝，地形切割較大，總體表現(xiàn)為北西方位高、南東方位較低。其中最高點(diǎn)位于礦區(qū)中部西側(cè)的大山，標(biāo)高1414.2m，最低點(diǎn)為礦區(qū)南東側(cè)老木灣溝，標(biāo)高930m，相對(duì)最大高差484.2m。地表水體對(duì)礦床充水的可能性小；F1斷裂對(duì)礦床充水的可能性大。礦區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)巖組劃分為堅(jiān)硬、半堅(jiān)硬巖組和軟弱巖組。其中，堅(jiān)硬巖組主要為灰?guī)r、白云巖，巖組巖石堅(jiān)硬，性脆，在空氣中長(zhǎng)期暴露不容易被風(fēng)化，高抗壓強(qiáng)度，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。淺部地段巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整性及工程地質(zhì)性質(zhì)較差。半堅(jiān)硬巖組主要為細(xì)粉砂巖、泥巖等，巖組暴露空氣中容易被風(fēng)化，完整性差，強(qiáng)度低，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。

在施工過(guò)程中，PD1平硐在進(jìn)硐9m處位置出現(xiàn)坍塌冒頂事故，大量泥土和巖塊冒落情況，并且冒穿地表，由于地質(zhì)環(huán)境性質(zhì)較差，施工操作難度較大，風(fēng)險(xiǎn)高，施工作業(yè)難以有效開展，因此需要采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理，以推進(jìn)工程的進(jìn)一步實(shí)施。

2.3 工程不良地質(zhì)段處理措施

礦山巷道掘進(jìn)工程底層主要為白云巖圍巖較為穩(wěn)固，原則上通過(guò)裸巷方式進(jìn)行掘進(jìn)施工，但是考慮到局部地質(zhì)受多種因素影響而出現(xiàn)圍巖破碎情況，因此進(jìn)行局部支護(hù)，選擇錨網(wǎng)或者錨噴網(wǎng)方式進(jìn)行支護(hù)，錨桿材質(zhì)為樹脂，錨桿直徑為40，長(zhǎng)度為1.5m～1.8m，為縫管式錨桿，采用梅花形式空間布置，間排距為0.8m，網(wǎng)度規(guī)格為150×150。噴層按照巖石實(shí)際情況進(jìn)行噴射，厚度50mm～100mm，噴混凝土施工選擇PZ－5D型混凝土噴射機(jī)，潮噴工藝為砼噴射，提升密實(shí)度，避免出現(xiàn)回彈和噴射粉塵，對(duì)施工環(huán)境加以有效地保護(hù)。

在施工過(guò)程中因?yàn)榭紤]到臨時(shí)噴漿無(wú)法有效滿足施工要求時(shí)，可考慮通過(guò)配合使用掛網(wǎng)噴漿和錨桿支護(hù)臨時(shí)支護(hù)方式。地層節(jié)理裂隙發(fā)育段，縫管式錨桿規(guī)格為φ40mm，L=1800mm，鋼筋網(wǎng)網(wǎng)度10cm×10cm，φ6mm，錨孔直徑為φ40mm，噴層厚約為8cm～10cm。特別破碎的松散體，通過(guò)超前固結(jié)灌漿，超前管棚支撐，格柵拱，鋼格柵支撐，以及設(shè)計(jì)開挖斷面外進(jìn)行鋼筋砼套拱支撐等復(fù)合支護(hù)技術(shù)措施。巖石松散破碎和斷層構(gòu)造區(qū)段，鋼格柵材料選取11#礦用工字鋼拱架，并使用縫管式錨桿進(jìn)行固定，規(guī)格為L(zhǎng)為1800mm，φ40mm，噴砼厚度為20cm。地壓較大、松散堆積不良地質(zhì)段，管棚規(guī)格選用φ75mm～100mm地質(zhì)套管，聯(lián)合使用鋼支撐、花管注漿及套拱支護(hù)。注漿設(shè)備選用ZJB-30型高壓注漿泵，按照現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定配合比。薄弱地質(zhì)洞段，可配合固結(jié)灌漿等技術(shù)措施處理。

2.4 錨桿施工

錨桿施工選擇錨桿鉆機(jī)進(jìn)打孔，用于頂部錨桿的安裝，幫錨桿機(jī)用于側(cè)幫錨桿打孔。在施工過(guò)程中需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，孔深偏差不得大于50mm，孔位偏差需要控制在±100mm，鉆孔工作結(jié)束后需要對(duì)孔進(jìn)行及時(shí)清理，驗(yàn)收合格后安裝錨桿。對(duì)于錨桿的安裝需要盡可能的垂直巖層，夾角控制持在75°以上。另外，在進(jìn)行錨桿安裝前需要確保錨桿平直，并進(jìn)行除油、除銹處理。錨桿尾部托板需緊貼巖面。

2.5 噴射混凝土施工

砼噴射選擇潮噴工藝，有效提升砼密實(shí)度，并降低噴射回彈量?；炷翑嚢柰瓿珊筮\(yùn)輸至施工點(diǎn)，人工上料。在進(jìn)行噴射施工時(shí)，混凝土料在地面經(jīng)過(guò)一次攪拌后，在噴射時(shí)需要二次加水。

在進(jìn)行噴射施工時(shí)噴嘴需要與施工面垂直，噴射距離控制在800mm～1000mm，螺旋噴射。風(fēng)機(jī)參數(shù)設(shè)置為壓力0.7MPa，水壓高于風(fēng)壓0.3MPa，加水量需要結(jié)合實(shí)際情況添加，水灰比盡量控制為0.4～0.5。在噴射施工過(guò)程中需要按照出料量變化，對(duì)給水量進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整，確保噴射施工后施工面回彈料少、粘著力強(qiáng)、無(wú)流淌、無(wú)干斑。在噴射后需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，時(shí)間不得少于7d[2]。

噴射砼支護(hù)需要注意以下幾點(diǎn)：首先，對(duì)于水泥標(biāo)號(hào)的選擇需要按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度，杜絕使用受潮、結(jié)塊水泥。砂子盡量使用干凈堅(jiān)硬中砂與粗砂，細(xì)度模數(shù)＞2.5，含水率＜7%。石料需要使用耐久堅(jiān)硬碎石或卵石，粒徑＜15mm，攪拌時(shí)水質(zhì)干凈，不得使用含油、含堿、含酸的水。進(jìn)行混合料配比時(shí)符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。在正式進(jìn)行施工前需要對(duì)巖面進(jìn)行清洗。施工結(jié)束后如果出現(xiàn)砼干燥、裂縫、下墜、松散情況需要及時(shí)補(bǔ)噴。

2.6 礦山巷道采用澆筑支護(hù)

平斜巷通過(guò)復(fù)合式支護(hù)方式，在進(jìn)行施工操作時(shí)需要通過(guò)先底板后拱墻方式。底板砼為全幅施工，拱墻支護(hù)通過(guò)人工拱架/模板臺(tái)車配合鋼模方式施工。開挖后即可進(jìn)行底板砼澆筑，為減少底板砼澆筑施工和除渣運(yùn)輸沖突，通過(guò)棧橋跨過(guò)方式。砼攪拌時(shí)間不得少于90s，臺(tái)架就位需要控制標(biāo)高，誤差控制在±1cm。

對(duì)于混凝土的澆筑需要對(duì)稱、水平分層，嚴(yán)格控制混凝土灌注速度以及單側(cè)灌注的高度，一次灌注高度不得大于1m。澆筑軟管距離混凝土澆筑面不得高于2m，盡量在1.5m內(nèi)，如果情況特殊距離超過(guò)要求范圍需使用滑槽或串筒。澆筑施工需要確保連續(xù)性，相鄰兩層澆筑時(shí)間不得超過(guò)2h。在砼輸送時(shí)需要確保砼泵、輸送管無(wú)異物。慢速泵送，之后逐漸加快，對(duì)砼泵的壓力情況進(jìn)行密切觀查以指導(dǎo)和調(diào)整泵送操作。在進(jìn)行泵送時(shí)如果輸送管中吸入空氣需要反泵將砼吸出，進(jìn)行重新攪拌，排除空氣進(jìn)行重新泵送。

澆筑施工時(shí)的注意事項(xiàng)：①注意支護(hù)施工工作的開展要與巷道周圍變形速率趨勢(shì)明顯減緩相一致，拱頂下沉＜0.15mm/d，水平收斂＜0.2mm/d，支護(hù)前變形量達(dá)到預(yù)計(jì)變量80%；②在進(jìn)行澆筑前需要檢查臺(tái)架模板高程、中線、尺寸符合設(shè)計(jì)要求，檢查臺(tái)架、擋頭模板定位安裝是否牢固；③在進(jìn)行澆筑前需要除銹刷油模板并控制刷油量，刷油過(guò)多，進(jìn)行振搗時(shí)油會(huì)聚集至臺(tái)車頂部，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)蘑菇云，因此模板刷油后需使用抹布均勻擦拭刷油層；④特殊地段使用組合模板進(jìn)行支護(hù)時(shí)為避免出現(xiàn)砂線情況，可以通過(guò)在接縫位置貼上海綿膠布，避免漿液滲流出現(xiàn)砂線；⑤在進(jìn)行澆筑前需要對(duì)基倉(cāng)進(jìn)行徹底清理，確保泵管接頭連接可靠、密閉良好；⑥澆筑時(shí)需嚴(yán)格控制下落高度，下落高度過(guò)高時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土飛濺至模板上，拆除模板后形成麻面；⑦對(duì)拆除的模板表面進(jìn)行清理，不可存在雜物，以免對(duì)混凝土表面質(zhì)量造成影響；⑧振搗時(shí)需要控制速度，搗固手把上身探入作業(yè)窗內(nèi)，一只手扶在邊墻上，另一只手握振搗棒，避免漏振以及確保垂直插入，距離模板大于10cm，振點(diǎn)間距控制在30cm，模板下部的振搗時(shí)間不得低于90s；⑨振搗施工時(shí)使用橡膠錘錘擊模板下部，做到錘擊輕重適度，以增強(qiáng)混凝土的澆筑密實(shí)度。

3 不良地質(zhì)段安全事故處理

該工程中對(duì)于在硐內(nèi)9m位置出現(xiàn)大量泥土及碎巖塊冒落，且在冒穿地表的情況下，若采取復(fù)合支護(hù)手段強(qiáng)制進(jìn)洞，勢(shì)必造成工程成本大幅增加，在施工單位的建議下，最終采取了撤回硐內(nèi)設(shè)施封閉原硐口，退回重新調(diào)整確定硐口位置和硐線方向，新開PD1平硐口。第一步，先通過(guò)爆破方式對(duì)原硐口上方的危巖進(jìn)行清除，之后通過(guò)人工方式對(duì)浮石進(jìn)行清除，最后噴射C25砼對(duì)該區(qū)域進(jìn)行砼封閉，厚度為10cm；第二步，在原硐口后退10m位置新挖PD1硐口，因該區(qū)段地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，為深刻吸取教訓(xùn)，避免再次發(fā)生原平硐開挖過(guò)程中出現(xiàn)的坍塌冒頂事故，結(jié)合工程地質(zhì)實(shí)際，新開硐口從掛口開始，即制定了強(qiáng)有力的開挖支護(hù)措施方案。主要方案為架設(shè)密集鋼拱架支撐體系，保證人員能夠順利進(jìn)到硐內(nèi)開展施工。同時(shí)該地區(qū)多雨天，為避免雨水倒灌，新開硐口標(biāo)高略高于場(chǎng)地標(biāo)高。鋼拱架為軌道鋼，參數(shù)15kg/m，腳部采用為Ф22mm的螺紋鋼樹脂鎖腳錨桿和鋼拱架焊接牢固，錨桿長(zhǎng)2米，每榀鋼拱架腿部施作8根鎖腳錨桿。鋼拱架間距中對(duì)中為50cm，縱向榀和榀間使用Ф22mm的螺紋鋼連接筋和鋼拱架焊連接牢固，鋼拱架設(shè)好后，拱架的外輪廓滿鋪鋼絲網(wǎng)，拱架外輪廓以外通過(guò)毛石堆砌回填，確保密實(shí)度，回填層的厚度為40cm，完成回填施工后，即采取砼噴10cm先行對(duì)回填體進(jìn)行封閉。為避免爆破震動(dòng)因素對(duì)鋼拱架穩(wěn)固性造成影響，在巷道迎頭的最后一榀鋼拱架通過(guò)樹脂超前錨桿和鋼拱架進(jìn)行焊接，錨桿為螺紋鋼，參數(shù)為Ф22mm，長(zhǎng)3m，控制間距為30cm。最后對(duì)鋼拱架支撐段采用C25噴射砼封閉，厚度10cm，使各個(gè)單體支護(hù)措施連接一個(gè)有機(jī)統(tǒng)一體，建立整體支護(hù)承載體系，確保了支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 總結(jié)

現(xiàn)階段，隨著地下礦山工程不斷發(fā)展，地下工程在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來(lái)越發(fā)揮著不可替代的作用，并產(chǎn)生了較為深遠(yuǎn)的影響。地下工程的實(shí)施因受到水文地質(zhì)、工程地質(zhì)等多方面因素的影響，在掘進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)不良地質(zhì)區(qū)段，因此要充分了解和掌握地下工程的特性，獲取第一手的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料，制訂切實(shí)可行的開挖支護(hù)技術(shù)措施方案，確保安全施工和有效提升施工效率。