地下工程中常見地質災害防治

曹元兵，靳茂虎，劉 斌

(中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇徐州，221116)

地下工程中常見地質災害防治

曹元兵，靳茂虎，劉 斌

(中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇徐州，221116)

本文論述了地下工程中地下塌方、地下突涌水、泥屑流及巖爆等災害的成因，介紹了一些常規防治方法。

地下工程；塌方；突涌水和巖爆；災害；防治

0 概述

我國開采煤炭、金屬礦等絕大多數都在地下進行，大量城市地鐵建設也是以地下開挖為主，還有水利、國防建設等都與地下工程緊密相關，地下工程在我國的現代化重大工程建設當中充當著重要的角色。但是，地下工程中常常發生塌方、突涌水、泥屑流及巖爆等地質災害，做好其災害預防工作是地質工作的一項重要任務。

1 塌方及其防治

地下工程中，由于人工開挖導致圍巖失穩，常會發生不同規模的圍巖脫落或崩塌，對施工人員及機械設備的安全都是一個巨大的隱患。塌方通常會發生于斷層破碎帶、膨脹土、第四系松散巖層、不整合接觸面、侵入巖接觸面以及巖體結構面等不利組合段。

1.1 塌方原因

在地下工程施工和維護過程中，發生塌方的原因概括起來可以分兩大類型：一個是客觀因素，即存在不良工程地質條件；二是主觀因素，即人為不當的工程活動。

（1）塌方常見的自然客觀因素

地質構造條件、地應力狀態、地下水活動和巖層巖性等，都是影響工程的重要客觀因素。不利的地質條件，常是地下工程塌方的先天性隱患。當地下工程遇到不穩定巖土體時，可能由于其結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后很容易引起坍塌；在軟弱結構面常因泥質充填物過多，產生較大的塌方。

地下水是造成塌方的重要因素之一。地下水對圍巖的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用，可能導致工程失穩。當巖層有軟弱夾層時，地下水可能會使軟弱面力學強度大大降低，誘發塌方。

（2） 塌方常見主觀因素

塌方的主觀因素包括地質勘查不細致，地質問題研究不全面，設計施工方案不恰當等等。地下工程勘查階段的工作非常重要，是后續各項工作方案的依據。地質調查、地質資料及不全，常會使施工方案選擇出現重大失誤。

在施工過程中還會出現人為措施不當。如施工支護不及時，支撐方法不能滿足要求，圍巖爆破用藥過多，對新出現的問題監視不夠，信息反饋不及時或措施不力，方法不當等。

1.2 塌方事故的預防

塌方事故一旦發生，會造成巨大的經濟損失甚至危及人員生命安全。因此及時發現塌方的征兆非常重要。其常見的方法是在掘進工作面布置合理的探孔，查清地質和水文地質情況，對掘進工作面進行地質素描，預測判斷掘進前方有無可能發生塌方隱患。定期和不定期觀察圍巖受力及變形狀態，檢測支護結構是否發生了較大的變化，觀察巖層的節理、層理裂隙是否變大，坑頂或坑壁是否松動掉塊，噴射混凝土是否發生脫落及地表是否下沉等。

2 地下水、泥屑突涌防治

地下突水是地下工程中最常見的地質災害。有時因突水量大，發現不及時，可能造成整個地下工程淹沒的危險。

2.1 地下突水災害及其防治

地下工程中，突水災害時常發生，包括地表水和地下水引發的突水災害。當進入地下工程場地的水量超過正常排放能力時，會造成水災。在煤礦井開采時，因采空區涌水造成重大事故占煤礦事故中相當大的比重。1990年金山局東礦突水，1993年黃貝煤礦突水，1995年依蘭二礦“10.23”透水，1996年金東二礦透水事故等，均是老采空區內積水大量突然涌出造成的。

（1）突水征兆

地下工程施工中常見的突水征兆有：涌水突增，水質由清變濁；巖壁有“出汗”現象；地下工作面空氣變冷；鑿巖時釬子回彈等異常現象發生。

（2）突涌水防治

首先要做好預防性調查分析，調查附近水文、地質構造、斷層、破碎帶和巖溶發育情況，分析可能出現突涌水的源頭；查清涌水途徑；根據不同情況可采用截、排、堵等多種方法綜合治理。

2.2 地下泥屑流防治

泥屑與地下水混合大量涌出，有極強的破壞力，常發生于封閉的飽水巖洞、斷層破碎帶等。可采用注漿使泥屑凝結核硬化等方法防治。

3 巖爆預測

巖爆常發生于脆圍巖中，當圍巖承受很強的地應力時，其彈性變形超過一定限度，突然釋放大量能量，使巖石碎化、彈出，并伴有巨大聲響和震動。

3.1 地下工程中巖爆特點

巖爆常突然發生，之前沒有明顯的征兆。巖爆發生時，巖塊從圍巖中彈射出來，其大小多為幾厘米，也有幾十厘米直徑大的。巖爆多發生在新開挖的工作面及其附近，多在開挖幾個小時或幾天之內發生。

按巖爆發生強度分為輕微巖爆—圍巖表面開裂、剝層破壞，伴隨有劈啪聲音發出；中等強度巖爆—巖塊從圍巖中彈射出來，聲音較大；強烈巖爆—圍巖局部瞬間崩落，聲音強烈，甚至會伴隨地震出現。

巖爆發生的條件包括：脆性巖和高應力。脆性巖有煤層、花崗巖、石英巖等。高應力可能是一種地應力，也可能是由地下工程開挖導致的應力集中產生的。

3.2 地下工程中巖爆預測

（1）巖爆臨界深度預測

深部工程一般只考慮巖體自重，根據彈性力學推導巖爆發生的臨界深度，計算公式如下。

式中：Hct——臨界深度；

Rc ——巖石單軸抗壓強度；

γ ——巖石容重；

ζ ——系數，依據巖石抗拉強度和周邊環向應力(圍壓)之比來確定。

（2）巖爆征兆

巖爆主要征兆：巖壁出現破裂，可聽到劈開的聲音，鉆孔巖芯出現餅化現象。

4 結語

地下工程建設常常是礦業、水利和國防建設中的重要項目，在工程設計和建設中常常做好其地質災害調查、監測等方面的工作。本文扼要地論述了地下工

TU94

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曹元兵（1986-）,男，漢族，中國礦業大學資源與地球科學學院本科學生，地質工程專業，E-mail: caoyb@126.com