浅析平硐穿越采空区的探放水技术*

张少秋，吴秀仪，郭 哲, 金伟强

（1. 湖北长江三峡滑坡国家野外科学观测研究站，湖北 宜昌 443002；2.三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）

1 引言

道路交通隧道、矿山开发中平硐在穿越富含岩溶水地层或受老窑水影响的区域时，为实现安全施工，需遵循“安全第一、预防为主”的方针，坚持“有掘必探、先探后掘”原则，从而确保安全施工。

因岩溶水、采空区范围资料不祥等情况，将会给平硐的安全施工带来了威胁［1-3］。为解除相关水害威胁，需在平硐掌子面布置钻孔对平硐周围岩溶水、采空区水进行探放。

2 探放水技术措施现状

目前探放水技术措施主要有：

（1）利用采掘技术资料与少量钻孔。

当平硐穿越的采空区为大中型矿山所遗留下的，因这些矿山企业各专业技术人员配备齐全，技术资料完整，各采空区的分布情况均在采掘平面图上标识。因此可通过收集矿山的采掘技术资料而准确掌握采空区的分布范围，同时施工少量的探放水钻孔，即可实现平硐安全穿越采空区的目的［4-6］。

（2）通过物探超前地质预报与施工钻孔。

当平硐需穿越岩溶水分布区域较大、含水量丰富时，根据地质资料，结合物探对平硐的超前地质预测预报，圈定出岩溶水的分布范围；然后通过施工探放水钻孔，实现平硐安全穿越岩溶水区域［7］。

（3）通过施工大量的探放水钻孔。

当平硐穿越一些小煤窑所遗留的采空区，因历史原因，这些小煤窑存在乱采乱伐而没有相应的技术资料。故在这些区域施工平硐，需施工大量的探放水钻孔来准确确定老窑水的位置。

这些探放水措施在平硐穿越岩溶水、老窑水时起到积极有效的作用，保障了平硐的安全施工。但这些措施应用到小煤窑所遗留的采空区，存在以下问题：

（1）物探技术很难准确掌握采空区分布范围。

因小煤窑以往多采取“巷采”的方式乱采乱挖，所遗留的采空区极不规整，采空区具有面积小、积水量少，但分布范围广的特征。故很难通过物探的方法准确确定采空区的分布位置。

（2）钻孔实施量大、工程周期长、工程费用大。

在平硐掌子面布置大量探放水钻孔，钻孔的施工工期长，严重制约平硐的掘进速度，同时施工大量的钻孔使得工程费用增加。

因此，为了解决以上问题，需找到一种适合受老窑水影响的平硐探放水技术，特别是适用于隧道或平硐穿越小煤窑所遗留下的采空区。

3 受老窑水影响的平硐探放水措施

受老窑水影响的平硐探放水技术主要包括探放水钻场的布置、钻场的支护，平硐掌子面及探放水钻场钻孔相关参数的设计。同时为降低施工成本，对探放水钻场进行综合利用。

3.1 工程概况

黔西南某煤矿一采区运输平硐施工为实例，施工前对工程地质资料、采掘工程平面图进行分析，确定该运输平硐可能穿越采空区，但因技术资料的缺乏，无法准确确定运输平硐穿越采空区的具体区域。

因此，为确保运输平硐安全穿越采空区，施工中采用物探方法对运输平硐进行超前地质预测预报。通过物探方法初步确定主要采空区位于运输平硐右侧，运输平硐施工约220m将穿越采空区，为使该段运输平硐安全施工，需进行相应的探放水设计、施工。

3.2 设置探放水钻场

在平硐的右侧布置探放水钻场，探放水钻场距离掌子面的距离为5m，钻场底板标高比平硐底板低0. 3m。

通过布置探放水钻场，实现了掌子面与钻场的探放水钻孔平行施工，大幅缩短探放水钻孔的施工时间。如图1所示。

图1 探放水钻场布置侧视图 (单位：cm)

钻孔采用ZK-150钻机施工，该钻机要求硐室断不小于4.24m2，宽度不小于2.3m，高度不小于1.8m。同时考虑到该探放水钻场在平硐完工后可作为躲避硐室，故钻场的参数设置为：高2.7m、宽2.5m、深2.5 m。

3.3 钻场的支护

采用工字钢架棚支护，由顶梁与棚腿组成［8］，棚距为0.7m，探放水钻场内支设3个架棚。顶梁上铺网格为50mm×50mm钢筋网，棚腿后铺设800mm×100mm×50mm木板进行背帮。

为增强棚架支护的稳定性、整体性，棚架之间支设5根撑木，其中顶梁之间布置1根撑木，两帮棚腿之间各布置2根撑木，详见图2所示。

图2 探放水钻场支护图

3.4 布置钻孔

为防止老窑水大量透入平硐，需设计探水钻孔11个，各探放水钻孔的布置详见图3。

图3 探放水钻孔布置图 （单位cm）

8#钻孔为中心孔，布置在掌子面3的中部，方位与运输平硐掘进方位相同，孔口距运输平硐底板的距离为1m，位于平硐中线，钻孔深度为80m；1#、3#、5#、7#、10#钻孔布置掌子面的左侧，2#、3#、6#、9#、11#钻孔布置在钻场中部，各钻孔间的距离为0.5m，各探放水钻孔的参数详见表1。

表1 探放水钻孔参数表

通过施工这些探放水钻孔可控制运输平硐上方35m、下方15m、左右各12m的围岩，从而确保运输平硐的安全施工。

3.5 钻场的多次用途

钻场底板比运输平硐底板低0.3m，故探放水钻孔完工后，该钻场可作为运输平硐施工期间平硐围岩渗水、施工污水的沉淀池，沉淀后的水通过运输平硐的排水系统排出地表。

当平硐施工完成后，将钻场底板回填至平硐顶板的高程，根据安全生产需要，将钻场设置成运输平硐的躲避硐室，实现了钻场的综合利用。

4 结论

道路交通隧道、矿山开发中平硐在穿越受老窑水影响的区域时，通过在掌子面附近布置钻场，钻场底板的标高低于平硐标高，在掌子面、钻场同时布置探放水钻孔。该探放水措施具有如下特点：

（1）短探放水钻孔的施工时间，提高掘进效率：通过施工钻场，在平硐掌子面与钻场中布置探放水钻孔，且钻场离掌子面5m，实现了掌子面钻孔与钻场钻孔平行施工，大幅降低探放水施工时间，提高平硐掘进效率。

（2）场的综合应用、降低工程的造价：在探放水过程中，钻场可作为钻孔的施工场所；探放水结束后，可作为平硐施工期间围岩渗水、施工污水的沉淀池；平硐完工后，根据生产需要又可作为躲避硐室，提高了钻场的使用效率，降低工程造价。

（3）学设计探放水钻孔，保障平硐安全通过采空区：通过在掌子面、钻场设计探放水钻孔，控制平硐上方、下方、左右一定范围内的围岩，有效防止老窑水大量透入平硐，从而确保施工期间的安全。