矿山巷道掘进施工中不良地质段的处理

胡忠勇

（贵州省地质矿产勘查开发局117地质大队，贵州 贵阳 550018）

在矿山巷道施工中因为受到勘查技术限制，难以对巷道岩性、围岩分类进行准确的分析，因此，巷道塌方是矿山巷道掘进施工中的一大危险因素。塌方情况的发生不仅对施工进度造成影响，同时对施工人员生命安全存在巨大威胁。因此需要采取有效的支护措施对不良地质段进行处理。

1 矿山巷道掘进施工中不良地质段处理思路

1.1 小范围塌方处理思路

小范围塌方是指不良地质存在岩体结构问题，断层发生于较为狭窄部位，所以对于小范围塌方问题的处理通常通过挑梁法进行处理。在相关区段安装钢支撑框架，对塌方区段开展急性锚喷支护，之后把木垛架安装至挑梁区段，通过对塌方区段堵塞，能够迅速遏止塌方进一步下滑延展的趋势，确保岩体结构不继续加剧变形。

1.2 中等塌方处理思路

中等塌方是指塌方范围小于10m3，也存在于11m3～12m3之间。对于此范围面积的塌方称作中等塌方。此类塌方情况主要发生于断层区段，而且此类断层区段为倾向相对断层区段，此类区段顶板的结构较为稳定，所以对于此类塌方情况的处理主要通过护顶法或者管棚法，也可通过锚喷法处理。

1.3 大范围塌方处理思路

大范围塌方是指塌方范围大于100m3，此类塌方情况通常波及范围比较大，对矿山巷道掘进施工会造成较大影响。同时此类区段通常顶板岩层厚度较薄，因此可能发生冒顶安全事故，所以对于大范围塌方情况能够通过导洞法、灌浆法处理。例如：施工巷道现场水文地质情况比较复杂可以采用以上方法，对于水文地质情况简单区段，则可以通过管棚法或锚喷法处理[1]。

2 矿山巷道掘进施工中不良地质段的处理

2.1 工程概况

该工程为贵州省务川县某矿详查坑探工程。其中PD1为从该矿体的南面向北面沿矿脉底部施工平硐掘进，主脉长约515m，坑口标高为1100m，地理坐标为（314846.36479784)，后期该工程作为开拓运输巷道利用。PD2为在原KD2的位置沿矿体顶界施工沿脉坑道，从该矿体的北面向南面掘进，井口标高为1202m，地理坐标为（3149275，36479669)，方位角α为68°，倾角β为－4.64°，主脉长约为260m。总工程量为：平硐PD1为515m，上山斜巷100m；平硐PD2为260m；坑探设计工程量合计：975m（含预留上山斜巷工作量100m）。

2.2 工程现场情况

施工现场属中亚热带湿润季风气候，年均气温为15.6℃，最低气温－6.8℃，最高气温39.5℃，阴雨天较多，日照少。平均降水量1282mm，降雨主要集中在每年的4月～9月。水文地质情况为：矿区属中山侵蚀剥蚀高原山地地貌，其间发育存在方向不一的冲沟，地形切割较大，总体表现为北西方位高、南东方位较低。其中最高点位于矿区中部西侧的大山，标高1414.2m，最低点为矿区南东侧老木湾沟，标高930m，相对最大高差484.2m。地表水体对矿床充水的可能性小；F1断裂对矿床充水的可能性大。矿区内的工程地质岩组划分为坚硬、半坚硬岩组和软弱岩组。其中，坚硬岩组主要为灰岩、白云岩，岩组岩石坚硬，性脆，在空气中长期暴露不容易被风化，高抗压强度，工程地质性质较好。浅部地段岩石节理裂隙较发育，岩体完整性及工程地质性质较差。半坚硬岩组主要为细粉砂岩、泥岩等，岩组暴露空气中容易被风化，完整性差，强度低，工程地质性质较差。

在施工过程中，PD1平硐在进硐9m处位置出现坍塌冒顶事故，大量泥土和岩块冒落情况，并且冒穿地表，由于地质环境性质较差，施工操作难度较大，风险高，施工作业难以有效开展，因此需要采取相应措施进行处理，以推进工程的进一步实施。

2.3 工程不良地质段处理措施

矿山巷道掘进工程底层主要为白云岩围岩较为稳固，原则上通过裸巷方式进行掘进施工，但是考虑到局部地质受多种因素影响而出现围岩破碎情况，因此进行局部支护，选择锚网或者锚喷网方式进行支护，锚杆材质为树脂，锚杆直径为40，长度为1.5m～1.8m，为缝管式锚杆，采用梅花形式空间布置，间排距为0.8m，网度规格为150×150。喷层按照岩石实际情况进行喷射，厚度50mm～100mm，喷混凝土施工选择PZ－5D型混凝土喷射机，潮喷工艺为砼喷射，提升密实度，避免出现回弹和喷射粉尘，对施工环境加以有效地保护。

在施工过程中因为考虑到临时喷浆无法有效满足施工要求时，可考虑通过配合使用挂网喷浆和锚杆支护临时支护方式。地层节理裂隙发育段，缝管式锚杆规格为φ40mm，L=1800mm，钢筋网网度10cm×10cm，φ6mm，锚孔直径为φ40mm，喷层厚约为8cm～10cm。特别破碎的松散体，通过超前固结灌浆，超前管棚支撑，格栅拱，钢格栅支撑，以及设计开挖断面外进行钢筋砼套拱支撑等复合支护技术措施。岩石松散破碎和断层构造区段，钢格栅材料选取11#矿用工字钢拱架，并使用缝管式锚杆进行固定，规格为L为1800mm，φ40mm，喷砼厚度为20cm。地压较大、松散堆积不良地质段，管棚规格选用φ75mm～100mm地质套管，联合使用钢支撑、花管注浆及套拱支护。注浆设备选用ZJB-30型高压注浆泵，按照现场试验确定配合比。薄弱地质洞段，可配合固结灌浆等技术措施处理。

2.4 锚杆施工

锚杆施工选择锚杆钻机进打孔，用于顶部锚杆的安装，帮锚杆机用于侧帮锚杆打孔。在施工过程中需要严格按照设计标准进行，孔深偏差不得大于50mm，孔位偏差需要控制在±100mm，钻孔工作结束后需要对孔进行及时清理，验收合格后安装锚杆。对于锚杆的安装需要尽可能的垂直岩层，夹角控制持在75°以上。另外，在进行锚杆安装前需要确保锚杆平直，并进行除油、除锈处理。锚杆尾部托板需紧贴岩面。

2.5 喷射混凝土施工

砼喷射选择潮喷工艺，有效提升砼密实度，并降低喷射回弹量。混凝土搅拌完成后运输至施工点，人工上料。在进行喷射施工时，混凝土料在地面经过一次搅拌后，在喷射时需要二次加水。

在进行喷射施工时喷嘴需要与施工面垂直，喷射距离控制在800mm～1000mm，螺旋喷射。风机参数设置为压力0.7MPa，水压高于风压0.3MPa，加水量需要结合实际情况添加，水灰比尽量控制为0.4～0.5。在喷射施工过程中需要按照出料量变化，对给水量进行及时的调整，确保喷射施工后施工面回弹料少、粘着力强、无流淌、无干斑。在喷射后需要进行养护，时间不得少于7d[2]。

喷射砼支护需要注意以下几点：首先，对于水泥标号的选择需要按照设计强度，杜绝使用受潮、结块水泥。砂子尽量使用干净坚硬中砂与粗砂，细度模数＞2.5，含水率＜7%。石料需要使用耐久坚硬碎石或卵石，粒径＜15mm，搅拌时水质干净，不得使用含油、含碱、含酸的水。进行混合料配比时符合设计标准。在正式进行施工前需要对岩面进行清洗。施工结束后如果出现砼干燥、裂缝、下坠、松散情况需要及时补喷。

2.6 矿山巷道采用浇筑支护

平斜巷通过复合式支护方式，在进行施工操作时需要通过先底板后拱墙方式。底板砼为全幅施工，拱墙支护通过人工拱架/模板台车配合钢模方式施工。开挖后即可进行底板砼浇筑，为减少底板砼浇筑施工和除渣运输冲突，通过栈桥跨过方式。砼搅拌时间不得少于90s，台架就位需要控制标高，误差控制在±1cm。

对于混凝土的浇筑需要对称、水平分层，严格控制混凝土灌注速度以及单侧灌注的高度，一次灌注高度不得大于1m。浇筑软管距离混凝土浇筑面不得高于2m，尽量在1.5m内，如果情况特殊距离超过要求范围需使用滑槽或串筒。浇筑施工需要确保连续性，相邻两层浇筑时间不得超过2h。在砼输送时需要确保砼泵、输送管无异物。慢速泵送，之后逐渐加快，对砼泵的压力情况进行密切观查以指导和调整泵送操作。在进行泵送时如果输送管中吸入空气需要反泵将砼吸出，进行重新搅拌，排除空气进行重新泵送。

浇筑施工时的注意事项：①注意支护施工工作的开展要与巷道周围变形速率趋势明显减缓相一致，拱顶下沉＜0.15mm/d，水平收敛＜0.2mm/d，支护前变形量达到预计变量80%；②在进行浇筑前需要检查台架模板高程、中线、尺寸符合设计要求，检查台架、挡头模板定位安装是否牢固；③在进行浇筑前需要除锈刷油模板并控制刷油量，刷油过多，进行振捣时油会聚集至台车顶部，导致混凝土表面出现蘑菇云，因此模板刷油后需使用抹布均匀擦拭刷油层；④特殊地段使用组合模板进行支护时为避免出现砂线情况，可以通过在接缝位置贴上海绵胶布，避免浆液渗流出现砂线；⑤在进行浇筑前需要对基仓进行彻底清理，确保泵管接头连接可靠、密闭良好；⑥浇筑时需严格控制下落高度，下落高度过高时会导致混凝土飞溅至模板上，拆除模板后形成麻面；⑦对拆除的模板表面进行清理，不可存在杂物，以免对混凝土表面质量造成影响；⑧振捣时需要控制速度，捣固手把上身探入作业窗内，一只手扶在边墙上，另一只手握振捣棒，避免漏振以及确保垂直插入，距离模板大于10cm，振点间距控制在30cm，模板下部的振捣时间不得低于90s；⑨振捣施工时使用橡胶锤锤击模板下部，做到锤击轻重适度，以增强混凝土的浇筑密实度。

3 不良地质段安全事故处理

该工程中对于在硐内9m位置出现大量泥土及碎岩块冒落，且在冒穿地表的情况下，若采取复合支护手段强制进洞，势必造成工程成本大幅增加，在施工单位的建议下，最终采取了撤回硐内设施封闭原硐口，退回重新调整确定硐口位置和硐线方向，新开PD1平硐口。第一步，先通过爆破方式对原硐口上方的危岩进行清除，之后通过人工方式对浮石进行清除，最后喷射C25砼对该区域进行砼封闭，厚度为10cm；第二步，在原硐口后退10m位置新挖PD1硐口，因该区段地质环境复杂，为深刻吸取教训，避免再次发生原平硐开挖过程中出现的坍塌冒顶事故，结合工程地质实际，新开硐口从挂口开始，即制定了强有力的开挖支护措施方案。主要方案为架设密集钢拱架支撑体系，保证人员能够顺利进到硐内开展施工。同时该地区多雨天，为避免雨水倒灌，新开硐口标高略高于场地标高。钢拱架为轨道钢，参数15kg/m，脚部采用为Ф22mm的螺纹钢树脂锁脚锚杆和钢拱架焊接牢固，锚杆长2米，每榀钢拱架腿部施作8根锁脚锚杆。钢拱架间距中对中为50cm，纵向榀和榀间使用Ф22mm的螺纹钢连接筋和钢拱架焊连接牢固，钢拱架设好后，拱架的外轮廓满铺钢丝网，拱架外轮廓以外通过毛石堆砌回填，确保密实度，回填层的厚度为40cm，完成回填施工后，即采取砼喷10cm先行对回填体进行封闭。为避免爆破震动因素对钢拱架稳固性造成影响，在巷道迎头的最后一榀钢拱架通过树脂超前锚杆和钢拱架进行焊接，锚杆为螺纹钢，参数为Ф22mm，长3m，控制间距为30cm。最后对钢拱架支撑段采用C25喷射砼封闭，厚度10cm，使各个单体支护措施连接一个有机统一体，建立整体支护承载体系，确保了支护结构的稳定性。

4 总结

现阶段，随着地下矿山工程不断发展，地下工程在国民经济中越来越发挥着不可替代的作用，并产生了较为深远的影响。地下工程的实施因受到水文地质、工程地质等多方面因素的影响，在掘进过程中经常会出现不良地质区段，因此要充分了解和掌握地下工程的特性，获取第一手的工程地质和水文地质资料，制订切实可行的开挖支护技术措施方案，确保安全施工和有效提升施工效率。