淺析平硐穿越采空區的探放水技術*

張少秋，吳秀儀，郭 哲, 金偉強

（1. 湖北長江三峽滑坡國家野外科學觀測研究站，湖北 宜昌 443002；2.三峽大學 土木與建筑學院，湖北 宜昌 443002）

1 引言

道路交通隧道、礦山開發中平硐在穿越富含巖溶水地層或受老窯水影響的區域時，為實現安全施工，需遵循“安全第一、預防為主”的方針，堅持“有掘必探、先探后掘”原則，從而確保安全施工。

因巖溶水、采空區范圍資料不祥等情況，將會給平硐的安全施工帶來了威脅［1-3］。為解除相關水害威脅，需在平硐掌子面布置鉆孔對平硐周圍巖溶水、采空區水進行探放。

2 探放水技術措施現狀

目前探放水技術措施主要有：

（1）利用采掘技術資料與少量鉆孔。

當平硐穿越的采空區為大中型礦山所遺留下的，因這些礦山企業各專業技術人員配備齊全，技術資料完整，各采空區的分布情況均在采掘平面圖上標識。因此可通過收集礦山的采掘技術資料而準確掌握采空區的分布范圍，同時施工少量的探放水鉆孔，即可實現平硐安全穿越采空區的目的［4-6］。

（2）通過物探超前地質預報與施工鉆孔。

當平硐需穿越巖溶水分布區域較大、含水量豐富時，根據地質資料，結合物探對平硐的超前地質預測預報，圈定出巖溶水的分布范圍；然后通過施工探放水鉆孔，實現平硐安全穿越巖溶水區域［7］。

（3）通過施工大量的探放水鉆孔。

當平硐穿越一些小煤窯所遺留的采空區，因歷史原因，這些小煤窯存在亂采亂伐而沒有相應的技術資料。故在這些區域施工平硐，需施工大量的探放水鉆孔來準確確定老窯水的位置。

這些探放水措施在平硐穿越巖溶水、老窯水時起到積極有效的作用，保障了平硐的安全施工。但這些措施應用到小煤窯所遺留的采空區，存在以下問題：

（1）物探技術很難準確掌握采空區分布范圍。

因小煤窯以往多采取“巷采”的方式亂采亂挖，所遺留的采空區極不規整，采空區具有面積小、積水量少，但分布范圍廣的特征。故很難通過物探的方法準確確定采空區的分布位置。

（2）鉆孔實施量大、工程周期長、工程費用大。

在平硐掌子面布置大量探放水鉆孔，鉆孔的施工工期長，嚴重制約平硐的掘進速度，同時施工大量的鉆孔使得工程費用增加。

因此，為了解決以上問題，需找到一種適合受老窯水影響的平硐探放水技術，特別是適用于隧道或平硐穿越小煤窯所遺留下的采空區。

3 受老窯水影響的平硐探放水措施

受老窯水影響的平硐探放水技術主要包括探放水鉆場的布置、鉆場的支護，平硐掌子面及探放水鉆場鉆孔相關參數的設計。同時為降低施工成本，對探放水鉆場進行綜合利用。

3.1 工程概況

黔西南某煤礦一采區運輸平硐施工為實例，施工前對工程地質資料、采掘工程平面圖進行分析，確定該運輸平硐可能穿越采空區，但因技術資料的缺乏，無法準確確定運輸平硐穿越采空區的具體區域。

因此，為確保運輸平硐安全穿越采空區，施工中采用物探方法對運輸平硐進行超前地質預測預報。通過物探方法初步確定主要采空區位于運輸平硐右側，運輸平硐施工約220m將穿越采空區，為使該段運輸平硐安全施工，需進行相應的探放水設計、施工。

3.2 設置探放水鉆場

在平硐的右側布置探放水鉆場，探放水鉆場距離掌子面的距離為5m，鉆場底板標高比平硐底板低0. 3m。

通過布置探放水鉆場，實現了掌子面與鉆場的探放水鉆孔平行施工，大幅縮短探放水鉆孔的施工時間。如圖1所示。

圖1 探放水鉆場布置側視圖 (單位：cm)

鉆孔采用ZK-150鉆機施工，該鉆機要求硐室斷不小于4.24m2，寬度不小于2.3m，高度不小于1.8m。同時考慮到該探放水鉆場在平硐完工后可作為躲避硐室，故鉆場的參數設置為：高2.7m、寬2.5m、深2.5 m。

3.3 鉆場的支護

采用工字鋼架棚支護，由頂梁與棚腿組成［8］，棚距為0.7m，探放水鉆場內支設3個架棚。頂梁上鋪網格為50mm×50mm鋼筋網，棚腿后鋪設800mm×100mm×50mm木板進行背幫。

為增強棚架支護的穩定性、整體性，棚架之間支設5根撐木，其中頂梁之間布置1根撐木，兩幫棚腿之間各布置2根撐木，詳見圖2所示。

圖2 探放水鉆場支護圖

3.4 布置鉆孔

為防止老窯水大量透入平硐，需設計探水鉆孔11個，各探放水鉆孔的布置詳見圖3。

圖3 探放水鉆孔布置圖 （單位cm）

8#鉆孔為中心孔，布置在掌子面3的中部，方位與運輸平硐掘進方位相同，孔口距運輸平硐底板的距離為1m，位于平硐中線，鉆孔深度為80m；1#、3#、5#、7#、10#鉆孔布置掌子面的左側，2#、3#、6#、9#、11#鉆孔布置在鉆場中部，各鉆孔間的距離為0.5m，各探放水鉆孔的參數詳見表1。

表1 探放水鉆孔參數表

通過施工這些探放水鉆孔可控制運輸平硐上方35m、下方15m、左右各12m的圍巖，從而確保運輸平硐的安全施工。

3.5 鉆場的多次用途

鉆場底板比運輸平硐底板低0.3m，故探放水鉆孔完工后，該鉆場可作為運輸平硐施工期間平硐圍巖滲水、施工污水的沉淀池，沉淀后的水通過運輸平硐的排水系統排出地表。

當平硐施工完成后，將鉆場底板回填至平硐頂板的高程，根據安全生產需要，將鉆場設置成運輸平硐的躲避硐室，實現了鉆場的綜合利用。

4 結論

道路交通隧道、礦山開發中平硐在穿越受老窯水影響的區域時，通過在掌子面附近布置鉆場，鉆場底板的標高低于平硐標高，在掌子面、鉆場同時布置探放水鉆孔。該探放水措施具有如下特點：

（1）短探放水鉆孔的施工時間，提高掘進效率：通過施工鉆場，在平硐掌子面與鉆場中布置探放水鉆孔，且鉆場離掌子面5m，實現了掌子面鉆孔與鉆場鉆孔平行施工，大幅降低探放水施工時間，提高平硐掘進效率。

（2）場的綜合應用、降低工程的造價：在探放水過程中，鉆場可作為鉆孔的施工場所；探放水結束后，可作為平硐施工期間圍巖滲水、施工污水的沉淀池；平硐完工后，根據生產需要又可作為躲避硐室，提高了鉆場的使用效率，降低工程造價。

（3）學設計探放水鉆孔，保障平硐安全通過采空區：通過在掌子面、鉆場設計探放水鉆孔，控制平硐上方、下方、左右一定范圍內的圍巖，有效防止老窯水大量透入平硐，從而確保施工期間的安全。