矿建工程中破碎围岩硐室围岩控制技术

陈中亿

（福建海峡科化富兴建设工程有限公司，福建 永安 366000）

在如今的社会发展形势下，由于我国对矿产资源的过度开发，很多浅层的资源已经被开采完全，因此开始逐步加大开采深度。而在地下硐室开采施工中，具有较大的围岩应力，容易发生变形。围岩具有破碎性，其强度较低，使得硐室的支护工作存在较大的难度。因此，为了能够确保硐室稳定性，需要充分分析围岩特性，对围岩控制技术进行合理的应用，以保证支护的有效性，使硐室开采更加安全。

1 工程概况

某矿区具有较简单的结构，而且厚度相对比较稳定，在全区范围内都能够进行开采。该矿西部一区域水泵房的埋深达到700m，主要设置在矿层上部的粉砂岩中，和矿层的距离大概20m。但是硐室围岩强度不足，而且部分夹有炭质泥岩，粉砂岩中存在裂隙水，受其影响，硐室围岩的强度再次降低，水泵房围岩发生较大的变形，从实际的情况得出，硐室的顶板变形最大值为1300mm，拱肩变形最大值为1200mm，底部鼓量为600mm，围岩的破坏情况较严重[1]。在这样的情况下，针对此问题进行了多次加固，但是效果并不明显。围岩变形没有得到有效的控制，硐室的变形对矿产开采的安全产生较大影响。所以，需要通过合理的围岩控制技术加固。

2 矿区开采中存在的问题

（）硐室围岩地质稳定性差。从实际的调查情况看，该矿区内的地质条件较为复杂，岩层内含有裂隙水，而且矿区有发育几条断层，区域的构造断裂发育。该矿区由于东南方向具有较高的地势，在降水量较多的时间段会形成大量的地表汇水。该矿区还有地表径流，在汛期会发生河水水位快速上涨，矿区主矿体的顶板围岩主要有泥质岩、白云质灰岩等，山矿体较为松软，稳定性相对较差。

（2）硐室围岩构造有效应力小。在地壳运动的影响下，断层的受力会发生变化，针对于矿区的断层区域破碎围岩来讲，地表水可能会通过多种方式渗入到地壳的各个断层中，而其中的破碎介质会形成孔隙压力，这样降低了岩体的有效应力，围岩压降低，岩体有效强度下降。矿区地下水在不断运动的过程中，围岩结构夹杂物质与其容易发生水化作用，进而泥化，使岩石的力学性质减弱，岩体之间的摩擦力、断层剪切应力都下降。由于断层区域裂隙水压力增大，围岩自重增加，容易出现自然地质灾害。

（3）硐室围岩变形。在矿区开采时，边墙的变形问题在逐渐加深，这主要是因为在开挖边墙时，顶板的拱形围岩会发生拱效应，降低围岩变形。大部分地下硐室的开挖变形监测规律都是一致的，在不断开挖的过程中，顶拱会接着出现下沉，变形情况较为稳定[2]。开挖硐室的过程中，边墙变形会不间断的增大，而在开挖深度逐渐增大的情况下，硐顶的切向应力会从拉应力转化到压应力，同时还会不断增大，拱部开挖时，硐室围岩由于裂隙的存在，使得不稳定区域的矿体产生破碎，整体的围岩硐室会发生变形。

3 硐室围岩破坏特性和作用原因

（1）围岩破坏特性。该矿区水泵房设计的是直墙半圆拱形，最开始采取的支护方案为锚网索喷注+36U型钢封闭支架进行支护。硐室在进行支护施工时，围岩存在较严重的变形，U型钢支架扭曲情况较严重，底部鼓量较大，混凝土开裂的面积较大，对硐室的开采施工产生一定的阻碍。从现场的实际情况看来，硐室两边的破坏情况相比较顶板而言较大，两边的破坏范围可延长到7.5m，顶板的破坏范围延长2m，相对来讲，顶板深部岩层具有较好的完整性，围岩破碎较小。

（2）作用原因。通过对现场的情况调查，水泵房围岩变形的影响因素有断层围岩性质、地应力、时间效应、施工等。首先是围岩性质，硐室发生变形的最重要因素是围岩自身性质，从实际观测情况得知，该矿区水泵房主要设置在矿层上部的粉砂岩中，破碎围岩发育，缺乏完整性，因而使得围岩发生较大的变形。另外是地应力，水泵房的埋深为700m，埋深较大，地应力较高，在这样的情况下，岩石的蠕变情况较为突出，在作用一定的时间后，硐室围岩会出现变形，如果是使用普通的支护，达到的效果不理想。再者是时间效应，硐室围岩在发生变形时，时间效应对其产生的影响较大，根据岩石的蠕变情况，会经历3个时间段，第一是瞬态蠕变，第二是稳定蠕变，第三是稳态蠕变。然而，近段时间硐室围岩变形在增大，存在不稳定变形，对硐室的安全产生影响，需要采取有效措施加固，确保围岩稳定。还有是工作面采动影响，使得围岩破碎加重，变形情况严重。最后是施工影响，最开始对硐室进行支护主要使用锚网索喷注+36U型钢封闭支架，然而实际调查中发现钢棚后没有做实，支架的受力均匀度不足，硐室两边以及底板受力较大，使得支架向上拱起。

4 硐室围岩控制技术

（1）围岩控制原则。为了能够保证硐室的安全稳定，需要结合其实际的地质情况，对围岩进行有效的支护控制。围岩控制原则：首先，要确保围岩和支护结构成为整体，支护结构的刚度一定，和围岩整体的变形形成统一。其次，要对硐室的布局进行全面考量，在水泵房周围设置有多个硐室，相互之间存在影响，进行围岩控制支护时，需要考量到水泵房围岩的稳定性，同时其他硐室要尽可能的减小影响，降低硐室围岩变形量。其三，由于硐室围岩破碎使其完整性不足，强度较差，对围岩进行支护的效果不突出，所以，进行加固时需要通过注浆形式，对围岩的内聚力、抗拉强度进行增强。其四，对断面要进行全面支护，大断面的硐室通常为永久性的，使用的时间很长，如果硐室存在区域破坏，会连带着其他区域受到影响，硐室整体的稳定性变差，所以，对硐室的断面要全面支护，以对围岩变形进行有效控制。其五，要确保全长锚固和高预应力原则，在对发生变形的硐室进行支护加固时，要优先使用高预应力和全长锚固的支护方式。最后，硐室支护在完成后，为了能够更好的保证效果，硐室矿压情况需要进行检测，科学的评估围岩控制效果，对存在的问题进行解决，以更好的保证硐室稳定。

（2）地质稳定性加固。破碎围岩的回采进路需要进行加固，对于底板反底拱施工需要在顶板、边墙稳定后进行。底板需要设置为弧形结构，通过钢筋网的铺设，使其和边部的喷网连接起来，形成一个整体后，接着浇筑混凝土以形成反底拱结构，然后铺设素混凝土。在施工过程中，需要严格遵循短掘短支的原则，对进尺进行严格的控制，以实现初次支护。掘进循环进尺需要控制在700mm，和U型钢支架的排距保持统一。当掘进尺寸达到U型钢支架的排距时，对全断面需要架设支架，在棚后铺设钢筋网同时用喷浆进行封闭，接着在棚外铺设钢筋网，然后将注浆管埋设。由于这部分进路围岩破碎较大，在进行加固施工时，需要注重降低围岩扰动。在完成喷浆后，需要对硐室壁进行注浆，这个过程需要确保填充密实，使注浆加固的效果得到有效的提升。经过加固后，钢支架的承载力得到优化，钢支架的受力更加均匀。在填充注浆完成后，需要及时浇筑底板。

（3）联合支护方案。该矿区硐室围岩控制主要使用注浆加固以及锚网索+U型钢棚的联合支护方案。在实施这一支护方法时，首先，施工人员需要结合矿建工程的实际情况，取下U型钢棚，接着对硐室进行修整和加固，然后对其质量进行检测，确保结构的坚固性。针对其中存在的薄弱点，需要使用锚杆和锚索有效的加固四周围岩。该加固支护控制中，选择的锚杆直径为20mm，长度大概为2400mm，锚杆有左螺旋纹。锚杆和锚杆之间的间距为700mm×850mm，锚索的直径为18mm，在使用锚网索加固时，材料中使用了一定量的树脂锚固剂，断面的整体设置8根锚索，同时还需要铺设6.5mm直径的焊接钢筋网，在完成相关的工作后，需要通过专门的喷浆人员进行喷浆操作，在厚度方面需要控制达到50mm。完成锚索施工后，施工人员需要结合现场实际的情况建立新的U型钢棚，接着通过专门的喷浆人员进行喷浆操作，等到完成喷浆工作后，继续进行注浆加固，依照对该矿区的具体情况来看，硐室具有较差的稳定性，所以，在进行注浆施工时，压力应当合理的控制，实际确定的注浆压力为4.5MPa，注浆孔的直径设置为32mm以内。加固材料的使用主要选取普通型的硅酸盐水泥浆液，注意在施工的过程中保证平稳进行，确保注浆过程的顺利。还有需要强调的是，在进行注浆时，施工人员如果发现存在围岩破碎区域，需要利用加密注浆，保证浆孔间距来确保硐室的稳定性，这样施工才会更加安全。

（4）支护效果。在使用了联合加固方案后，需要对支护控制效果进行检测，以便更好的保证支护加固效果。对硐室围岩的移动情况进行检测。从检测的结果来看，围岩在加固支护经过40天，硐室顶板的底鼓量、下沉量以及两边移近量随着时间的增加而不断增大，基本上呈现线性增长。在经过了40天以上60天以内，围岩的变形速度得到了较大的降低，在接近60天的时间时，达到最大并保持稳定。最终硐室的顶板下沉量为15mm，底鼓量为23mm，硐室两边移近量为32mm，能够保持在允许的情况下，而且现场硐室混凝土的喷层较为完好，没有发生脱落、断裂情况，具有较好的支护效果，确保了围岩的稳定性。

5 结语

总而言之，近年来由于我国对矿产资源的过度开采，浅部的矿产资源逐渐减少，对矿产资源深度开采规模在不断增加，因此地下硐室开采建设施工也日益增多。然而，地下硐室围岩地质条件过于复杂，构造应力较大，其稳定性较差。而在矿产资源的深度开采中，硐室围岩的控制以及支护技术非常关键，对矿建工程的安全稳定产生较大的影响。本文主要从实际的工程案例出发，对硐室围岩的破坏情况及作用原因进行了全面的分析，然后结合实际情况使用联合支护的方法，对破碎围岩进行支护加固，取得了较好的控制效果。相信随着技术水平的不断提升，矿产开采硐室围岩控制技术会得到更加长远的发展，能够为矿建工程带来更有效的技术支持。