礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖控制技術

陳中億

（福建海峽科化富興建設工程有限公司，福建 永安 366000）

在如今的社會發展形勢下，由于我國對礦產資源的過度開發，很多淺層的資源已經被開采完全，因此開始逐步加大開采深度。而在地下硐室開采施工中，具有較大的圍巖應力，容易發生變形。圍巖具有破碎性，其強度較低，使得硐室的支護工作存在較大的難度。因此，為了能夠確保硐室穩定性，需要充分分析圍巖特性，對圍巖控制技術進行合理的應用，以保證支護的有效性，使硐室開采更加安全。

1 工程概況

某礦區具有較簡單的結構，而且厚度相對比較穩定，在全區范圍內都能夠進行開采。該礦西部一區域水泵房的埋深達到700m，主要設置在礦層上部的粉砂巖中，和礦層的距離大概20m。但是硐室圍巖強度不足，而且部分夾有炭質泥巖，粉砂巖中存在裂隙水，受其影響，硐室圍巖的強度再次降低，水泵房圍巖發生較大的變形，從實際的情況得出，硐室的頂板變形最大值為1300mm，拱肩變形最大值為1200mm，底部鼓量為600mm，圍巖的破壞情況較嚴重[1]。在這樣的情況下，針對此問題進行了多次加固，但是效果并不明顯。圍巖變形沒有得到有效的控制，硐室的變形對礦產開采的安全產生較大影響。所以，需要通過合理的圍巖控制技術加固。

2 礦區開采中存在的問題

（）硐室圍巖地質穩定性差。從實際的調查情況看，該礦區內的地質條件較為復雜，巖層內含有裂隙水，而且礦區有發育幾條斷層，區域的構造斷裂發育。該礦區由于東南方向具有較高的地勢，在降水量較多的時間段會形成大量的地表匯水。該礦區還有地表徑流，在汛期會發生河水水位快速上漲，礦區主礦體的頂板圍巖主要有泥質巖、白云質灰巖等，山礦體較為松軟，穩定性相對較差。

（2）硐室圍巖構造有效應力小。在地殼運動的影響下，斷層的受力會發生變化，針對于礦區的斷層區域破碎圍巖來講，地表水可能會通過多種方式滲入到地殼的各個斷層中，而其中的破碎介質會形成孔隙壓力，這樣降低了巖體的有效應力，圍巖壓降低，巖體有效強度下降。礦區地下水在不斷運動的過程中，圍巖結構夾雜物質與其容易發生水化作用，進而泥化，使巖石的力學性質減弱，巖體之間的摩擦力、斷層剪切應力都下降。由于斷層區域裂隙水壓力增大，圍巖自重增加，容易出現自然地質災害。

（3）硐室圍巖變形。在礦區開采時，邊墻的變形問題在逐漸加深，這主要是因為在開挖邊墻時，頂板的拱形圍巖會發生拱效應，降低圍巖變形。大部分地下硐室的開挖變形監測規律都是一致的，在不斷開挖的過程中，頂拱會接著出現下沉，變形情況較為穩定[2]。開挖硐室的過程中，邊墻變形會不間斷的增大，而在開挖深度逐漸增大的情況下，硐頂的切向應力會從拉應力轉化到壓應力，同時還會不斷增大，拱部開挖時，硐室圍巖由于裂隙的存在，使得不穩定區域的礦體產生破碎，整體的圍巖硐室會發生變形。

3 硐室圍巖破壞特性和作用原因

（1）圍巖破壞特性。該礦區水泵房設計的是直墻半圓拱形，最開始采取的支護方案為錨網索噴注+36U型鋼封閉支架進行支護。硐室在進行支護施工時，圍巖存在較嚴重的變形，U型鋼支架扭曲情況較嚴重，底部鼓量較大，混凝土開裂的面積較大，對硐室的開采施工產生一定的阻礙。從現場的實際情況看來，硐室兩邊的破壞情況相比較頂板而言較大，兩邊的破壞范圍可延長到7.5m，頂板的破壞范圍延長2m，相對來講，頂板深部巖層具有較好的完整性，圍巖破碎較小。

（2）作用原因。通過對現場的情況調查，水泵房圍巖變形的影響因素有斷層圍巖性質、地應力、時間效應、施工等。首先是圍巖性質，硐室發生變形的最重要因素是圍巖自身性質，從實際觀測情況得知，該礦區水泵房主要設置在礦層上部的粉砂巖中，破碎圍巖發育，缺乏完整性，因而使得圍巖發生較大的變形。另外是地應力，水泵房的埋深為700m，埋深較大，地應力較高，在這樣的情況下，巖石的蠕變情況較為突出，在作用一定的時間后，硐室圍巖會出現變形，如果是使用普通的支護，達到的效果不理想。再者是時間效應，硐室圍巖在發生變形時，時間效應對其產生的影響較大，根據巖石的蠕變情況，會經歷3個時間段，第一是瞬態蠕變，第二是穩定蠕變，第三是穩態蠕變。然而，近段時間硐室圍巖變形在增大，存在不穩定變形，對硐室的安全產生影響，需要采取有效措施加固，確保圍巖穩定。還有是工作面采動影響，使得圍巖破碎加重，變形情況嚴重。最后是施工影響，最開始對硐室進行支護主要使用錨網索噴注+36U型鋼封閉支架，然而實際調查中發現鋼棚后沒有做實，支架的受力均勻度不足，硐室兩邊以及底板受力較大，使得支架向上拱起。

4 硐室圍巖控制技術

（1）圍巖控制原則。為了能夠保證硐室的安全穩定，需要結合其實際的地質情況，對圍巖進行有效的支護控制。圍巖控制原則：首先，要確保圍巖和支護結構成為整體，支護結構的剛度一定，和圍巖整體的變形形成統一。其次，要對硐室的布局進行全面考量，在水泵房周圍設置有多個硐室，相互之間存在影響，進行圍巖控制支護時，需要考量到水泵房圍巖的穩定性，同時其他硐室要盡可能的減小影響，降低硐室圍巖變形量。其三，由于硐室圍巖破碎使其完整性不足，強度較差，對圍巖進行支護的效果不突出，所以，進行加固時需要通過注漿形式，對圍巖的內聚力、抗拉強度進行增強。其四，對斷面要進行全面支護，大斷面的硐室通常為永久性的，使用的時間很長，如果硐室存在區域破壞，會連帶著其他區域受到影響，硐室整體的穩定性變差，所以，對硐室的斷面要全面支護，以對圍巖變形進行有效控制。其五，要確保全長錨固和高預應力原則，在對發生變形的硐室進行支護加固時，要優先使用高預應力和全長錨固的支護方式。最后，硐室支護在完成后，為了能夠更好的保證效果，硐室礦壓情況需要進行檢測，科學的評估圍巖控制效果，對存在的問題進行解決，以更好的保證硐室穩定。

（2）地質穩定性加固。破碎圍巖的回采進路需要進行加固，對于底板反底拱施工需要在頂板、邊墻穩定后進行。底板需要設置為弧形結構，通過鋼筋網的鋪設，使其和邊部的噴網連接起來，形成一個整體后，接著澆筑混凝土以形成反底拱結構，然后鋪設素混凝土。在施工過程中，需要嚴格遵循短掘短支的原則，對進尺進行嚴格的控制，以實現初次支護。掘進循環進尺需要控制在700mm，和U型鋼支架的排距保持統一。當掘進尺寸達到U型鋼支架的排距時，對全斷面需要架設支架，在棚后鋪設鋼筋網同時用噴漿進行封閉，接著在棚外鋪設鋼筋網，然后將注漿管埋設。由于這部分進路圍巖破碎較大，在進行加固施工時，需要注重降低圍巖擾動。在完成噴漿后，需要對硐室壁進行注漿，這個過程需要確保填充密實，使注漿加固的效果得到有效的提升。經過加固后，鋼支架的承載力得到優化，鋼支架的受力更加均勻。在填充注漿完成后，需要及時澆筑底板。

（3）聯合支護方案。該礦區硐室圍巖控制主要使用注漿加固以及錨網索+U型鋼棚的聯合支護方案。在實施這一支護方法時，首先，施工人員需要結合礦建工程的實際情況，取下U型鋼棚，接著對硐室進行修整和加固，然后對其質量進行檢測，確保結構的堅固性。針對其中存在的薄弱點，需要使用錨桿和錨索有效的加固四周圍巖。該加固支護控制中，選擇的錨桿直徑為20mm，長度大概為2400mm，錨桿有左螺旋紋。錨桿和錨桿之間的間距為700mm×850mm，錨索的直徑為18mm，在使用錨網索加固時，材料中使用了一定量的樹脂錨固劑，斷面的整體設置8根錨索，同時還需要鋪設6.5mm直徑的焊接鋼筋網，在完成相關的工作后，需要通過專門的噴漿人員進行噴漿操作，在厚度方面需要控制達到50mm。完成錨索施工后，施工人員需要結合現場實際的情況建立新的U型鋼棚，接著通過專門的噴漿人員進行噴漿操作，等到完成噴漿工作后，繼續進行注漿加固，依照對該礦區的具體情況來看，硐室具有較差的穩定性，所以，在進行注漿施工時，壓力應當合理的控制，實際確定的注漿壓力為4.5MPa，注漿孔的直徑設置為32mm以內。加固材料的使用主要選取普通型的硅酸鹽水泥漿液，注意在施工的過程中保證平穩進行，確保注漿過程的順利。還有需要強調的是，在進行注漿時，施工人員如果發現存在圍巖破碎區域，需要利用加密注漿，保證漿孔間距來確保硐室的穩定性，這樣施工才會更加安全。

（4）支護效果。在使用了聯合加固方案后，需要對支護控制效果進行檢測，以便更好的保證支護加固效果。對硐室圍巖的移動情況進行檢測。從檢測的結果來看，圍巖在加固支護經過40天，硐室頂板的底鼓量、下沉量以及兩邊移近量隨著時間的增加而不斷增大，基本上呈現線性增長。在經過了40天以上60天以內，圍巖的變形速度得到了較大的降低，在接近60天的時間時，達到最大并保持穩定。最終硐室的頂板下沉量為15mm，底鼓量為23mm，硐室兩邊移近量為32mm，能夠保持在允許的情況下，而且現場硐室混凝土的噴層較為完好，沒有發生脫落、斷裂情況，具有較好的支護效果，確保了圍巖的穩定性。

5 結語

總而言之，近年來由于我國對礦產資源的過度開采，淺部的礦產資源逐漸減少，對礦產資源深度開采規模在不斷增加，因此地下硐室開采建設施工也日益增多。然而，地下硐室圍巖地質條件過于復雜，構造應力較大，其穩定性較差。而在礦產資源的深度開采中，硐室圍巖的控制以及支護技術非常關鍵，對礦建工程的安全穩定產生較大的影響。本文主要從實際的工程案例出發，對硐室圍巖的破壞情況及作用原因進行了全面的分析，然后結合實際情況使用聯合支護的方法，對破碎圍巖進行支護加固，取得了較好的控制效果。相信隨著技術水平的不斷提升，礦產開采硐室圍巖控制技術會得到更加長遠的發展，能夠為礦建工程帶來更有效的技術支持。