礦山巷道掘進施工中不良地質段的處理

胡忠勇

（貴州省地質礦產勘查開發局117地質大隊，貴州 貴陽 550018）

在礦山巷道施工中因為受到勘查技術限制，難以對巷道巖性、圍巖分類進行準確的分析，因此，巷道塌方是礦山巷道掘進施工中的一大危險因素。塌方情況的發生不僅對施工進度造成影響，同時對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措施對不良地質段進行處理。

1 礦山巷道掘進施工中不良地質段處理思路

1.1 小范圍塌方處理思路

小范圍塌方是指不良地質存在巖體結構問題，斷層發生于較為狹窄部位，所以對于小范圍塌方問題的處理通常通過挑梁法進行處理。在相關區段安裝鋼支撐框架，對塌方區段開展急性錨噴支護，之后把木垛架安裝至挑梁區段，通過對塌方區段堵塞，能夠迅速遏止塌方進一步下滑延展的趨勢，確保巖體結構不繼續加劇變形。

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。對于此范圍面積的塌方稱作中等塌方。此類塌方情況主要發生于斷層區段，而且此類斷層區段為傾向相對斷層區段，此類區段頂板的結構較為穩定，所以對于此類塌方情況的處理主要通過護頂法或者管棚法，也可通過錨噴法處理。

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，對礦山巷道掘進施工會造成較大影響。同時此類區段通常頂板巖層厚度較薄，因此可能發生冒頂安全事故，所以對于大范圍塌方情況能夠通過導洞法、灌漿法處理。例如：施工巷道現場水文地質情況比較復雜可以采用以上方法，對于水文地質情況簡單區段，則可以通過管棚法或錨噴法處理[1]。

2 礦山巷道掘進施工中不良地質段的處理

2.1 工程概況

該工程為貴州省務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，主脈長約515m，坑口標高為1100m，地理坐標為（314846.36479784)，后期該工程作為開拓運輸巷道利用。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，井口標高為1202m，地理坐標為（3149275，36479669)，方位角α為68°，傾角β為－4.64°，主脈長約為260m。總工程量為：平硐PD1為515m，上山斜巷100m；平硐PD2為260m；坑探設計工程量合計：975m（含預留上山斜巷工作量100m）。

2.2 工程現場情況

施工現場屬中亞熱帶濕潤季風氣候，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。水文地質情況為：礦區屬中山侵蝕剝蝕高原山地地貌，其間發育存在方向不一的沖溝，地形切割較大，總體表現為北西方位高、南東方位較低。其中最高點位于礦區中部西側的大山，標高1414.2m，最低點為礦區南東側老木灣溝，標高930m，相對最大高差484.2m。地表水體對礦床充水的可能性小；F1斷裂對礦床充水的可能性大。礦區內的工程地質巖組劃分為堅硬、半堅硬巖組和軟弱巖組。其中，堅硬巖組主要為灰巖、白云巖，巖組巖石堅硬，性脆，在空氣中長期暴露不容易被風化，高抗壓強度，工程地質性質較好。淺部地段巖石節理裂隙較發育，巖體完整性及工程地質性質較差。半堅硬巖組主要為細粉砂巖、泥巖等，巖組暴露空氣中容易被風化，完整性差，強度低，工程地質性質較差。

在施工過程中，PD1平硐在進硐9m處位置出現坍塌冒頂事故，大量泥土和巖塊冒落情況，并且冒穿地表，由于地質環境性質較差，施工操作難度較大，風險高，施工作業難以有效開展，因此需要采取相應措施進行處理，以推進工程的進一步實施。

2.3 工程不良地質段處理措施

礦山巷道掘進工程底層主要為白云巖圍巖較為穩固，原則上通過裸巷方式進行掘進施工，但是考慮到局部地質受多種因素影響而出現圍巖破碎情況，因此進行局部支護，選擇錨網或者錨噴網方式進行支護，錨桿材質為樹脂，錨桿直徑為40，長度為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，網度規格為150×150。噴層按照巖石實際情況進行噴射，厚度50mm～100mm，噴混凝土施工選擇PZ－5D型混凝土噴射機，潮噴工藝為砼噴射，提升密實度，避免出現回彈和噴射粉塵，對施工環境加以有效地保護。

在施工過程中因為考慮到臨時噴漿無法有效滿足施工要求時，可考慮通過配合使用掛網噴漿和錨桿支護臨時支護方式。地層節理裂隙發育段，縫管式錨桿規格為φ40mm，L=1800mm，鋼筋網網度10cm×10cm，φ6mm，錨孔直徑為φ40mm，噴層厚約為8cm～10cm。特別破碎的松散體，通過超前固結灌漿，超前管棚支撐，格柵拱，鋼格柵支撐，以及設計開挖斷面外進行鋼筋砼套拱支撐等復合支護技術措施。巖石松散破碎和斷層構造區段，鋼格柵材料選取11#礦用工字鋼拱架，并使用縫管式錨桿進行固定，規格為L為1800mm，φ40mm，噴砼厚度為20cm。地壓較大、松散堆積不良地質段，管棚規格選用φ75mm～100mm地質套管，聯合使用鋼支撐、花管注漿及套拱支護。注漿設備選用ZJB-30型高壓注漿泵，按照現場試驗確定配合比。薄弱地質洞段，可配合固結灌漿等技術措施處理。

2.4 錨桿施工

錨桿施工選擇錨桿鉆機進打孔，用于頂部錨桿的安裝，幫錨桿機用于側幫錨桿打孔。在施工過程中需要嚴格按照設計標準進行，孔深偏差不得大于50mm，孔位偏差需要控制在±100mm，鉆孔工作結束后需要對孔進行及時清理，驗收合格后安裝錨桿。對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，在進行錨桿安裝前需要確保錨桿平直，并進行除油、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，有效提升砼密實度，并降低噴射回彈量。混凝土攪拌完成后運輸至施工點，人工上料。在進行噴射施工時，混凝土料在地面經過一次攪拌后，在噴射時需要二次加水。

在進行噴射施工時噴嘴需要與施工面垂直，噴射距離控制在800mm～1000mm，螺旋噴射。風機參數設置為壓力0.7MPa，水壓高于風壓0.3MPa，加水量需要結合實際情況添加，水灰比盡量控制為0.4～0.5。在噴射施工過程中需要按照出料量變化，對給水量進行及時的調整，確保噴射施工后施工面回彈料少、粘著力強、無流淌、無干斑。在噴射后需要進行養護，時間不得少于7d[2]。

噴射砼支護需要注意以下幾點：首先，對于水泥標號的選擇需要按照設計強度，杜絕使用受潮、結塊水泥。砂子盡量使用干凈堅硬中砂與粗砂，細度模數＞2.5，含水率＜7%。石料需要使用耐久堅硬碎石或卵石，粒徑＜15mm，攪拌時水質干凈，不得使用含油、含堿、含酸的水。進行混合料配比時符合設計標準。在正式進行施工前需要對巖面進行清洗。施工結束后如果出現砼干燥、裂縫、下墜、松散情況需要及時補噴。

2.6 礦山巷道采用澆筑支護

平斜巷通過復合式支護方式，在進行施工操作時需要通過先底板后拱墻方式。底板砼為全幅施工，拱墻支護通過人工拱架/模板臺車配合鋼模方式施工。開挖后即可進行底板砼澆筑，為減少底板砼澆筑施工和除渣運輸沖突，通過棧橋跨過方式。砼攪拌時間不得少于90s，臺架就位需要控制標高，誤差控制在±1cm。

對于混凝土的澆筑需要對稱、水平分層，嚴格控制混凝土灌注速度以及單側灌注的高度，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，如果情況特殊距離超過要求范圍需使用滑槽或串筒。澆筑施工需要確保連續性，相鄰兩層澆筑時間不得超過2h。在砼輸送時需要確保砼泵、輸送管無異物。慢速泵送，之后逐漸加快，對砼泵的壓力情況進行密切觀查以指導和調整泵送操作。在進行泵送時如果輸送管中吸入空氣需要反泵將砼吸出，進行重新攪拌，排除空氣進行重新泵送。

澆筑施工時的注意事項：①注意支護施工工作的開展要與巷道周圍變形速率趨勢明顯減緩相一致，拱頂下沉＜0.15mm/d，水平收斂＜0.2mm/d，支護前變形量達到預計變量80%；②在進行澆筑前需要檢查臺架模板高程、中線、尺寸符合設計要求，檢查臺架、擋頭模板定位安裝是否牢固；③在進行澆筑前需要除銹刷油模板并控制刷油量，刷油過多，進行振搗時油會聚集至臺車頂部，導致混凝土表面出現蘑菇云，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行支護時為避免出現砂線情況，可以通過在接縫位置貼上海綿膠布，避免漿液滲流出現砂線；⑤在進行澆筑前需要對基倉進行徹底清理，確保泵管接頭連接可靠、密閉良好；⑥澆筑時需嚴格控制下落高度，下落高度過高時會導致混凝土飛濺至模板上，拆除模板后形成麻面；⑦對拆除的模板表面進行清理，不可存在雜物，以免對混凝土表面質量造成影響；⑧振搗時需要控制速度，搗固手把上身探入作業窗內，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，振點間距控制在30cm，模板下部的振搗時間不得低于90s；⑨振搗施工時使用橡膠錘錘擊模板下部，做到錘擊輕重適度，以增強混凝土的澆筑密實度。

3 不良地質段安全事故處理

該工程中對于在硐內9m位置出現大量泥土及碎巖塊冒落，且在冒穿地表的情況下，若采取復合支護手段強制進洞，勢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設施封閉原硐口，退回重新調整確定硐口位置和硐線方向，新開PD1平硐口。第一步，先通過爆破方式對原硐口上方的危巖進行清除，之后通過人工方式對浮石進行清除，最后噴射C25砼對該區域進行砼封閉，厚度為10cm；第二步，在原硐口后退10m位置新挖PD1硐口，因該區段地質環境復雜，為深刻吸取教訓，避免再次發生原平硐開挖過程中出現的坍塌冒頂事故，結合工程地質實際，新開硐口從掛口開始，即制定了強有力的開挖支護措施方案。主要方案為架設密集鋼拱架支撐體系，保證人員能夠順利進到硐內開展施工。同時該地區多雨天，為避免雨水倒灌，新開硐口標高略高于場地標高。鋼拱架為軌道鋼，參數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2米，每榀鋼拱架腿部施作8根鎖腳錨桿。鋼拱架間距中對中為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，鋼拱架設好后，拱架的外輪廓滿鋪鋼絲網，拱架外輪廓以外通過毛石堆砌回填，確保密實度，回填層的厚度為40cm，完成回填施工后，即采取砼噴10cm先行對回填體進行封閉。為避免爆破震動因素對鋼拱架穩固性造成影響，在巷道迎頭的最后一榀鋼拱架通過樹脂超前錨桿和鋼拱架進行焊接，錨桿為螺紋鋼，參數為Ф22mm，長3m，控制間距為30cm。最后對鋼拱架支撐段采用C25噴射砼封閉，厚度10cm，使各個單體支護措施連接一個有機統一體，建立整體支護承載體系，確保了支護結構的穩定性。

4 總結

現階段，隨著地下礦山工程不斷發展，地下工程在國民經濟中越來越發揮著不可替代的作用，并產生了較為深遠的影響。地下工程的實施因受到水文地質、工程地質等多方面因素的影響，在掘進過程中經常會出現不良地質區段，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和水文地質資料，制訂切實可行的開挖支護技術措施方案，確保安全施工和有效提升施工效率。