礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖控制技術研究

談捷

摘 要：近年來，隨著我國鐵礦資源的大力開采，礦產資源深度不斷增加，礦產淺部資源逐漸枯竭，故而地下硐室開采建設施工也日益増多。然而，由于地下硐室圍巖地質條件過于復雜、構造應力相對較大等不確定因素增加，礦產資源地下硐室穩定受到嚴重影響。大型硐室群的穩定性受損，則會造成一定災難，影響礦建工程施工作業。本文以A礦區為研究背景，通過現場勘測結合理論性知識，對礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖的穩定性進行系統研究，分析了礦區地質結構、構造應力和硐室穩定性。

關鍵詞：礦建工程;破碎圍巖;硐室圍巖

中圖分類號：TD354 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2020）14-0062-03

Research on Control Technology of Surrounding Rock in Broken Surrounding Rock Chamber in Mining Engineering

TAN Jie

（Special Engineering Branch of Pangang Group Engineering Technology Co.， Ltd.，Panzhihua Sichuan 617000）

Abstract： In recent years， with the vigorous exploitation of China's iron ore resources， the depth of mineral resources continues to increase， and the shallow resources of mineral resources are gradually depleted， so the construction of underground chamber mining is also increasing. However， due to the increased complexity of the surrounding rock geological conditions of the underground chamber and the relatively large structural stress， the stability of the underground chamber of mineral resources has been seriously affected. Damage to the stability of the large group of chambers will cause a certain disaster and affect the construction operations of mine construction projects. Taking mine A as the research background， this paper systematically studied the stability of the surrounding rock in the broken wall rock chamber in the mine construction project through field survey and theoretical knowledge， and analyzed the geological structure， tectonic stress and chamber stability of the mine area.

Keywords： mine construction engineering;broken surrounding rock;chamber surrounding rock

近些年，我國鐵礦資源開采力度加大，開采條件較好的鐵礦資源接近枯竭，人們不得不將鐵礦資源開采范圍加深。伴隨鐵礦資源開采深度的增加，鐵礦資源開采設備高度趨于機械化、重型化，導致深度硐室圍巖應力相應加大，圍巖層內部變形嚴重[1]。本文通過A礦區施工的實際情況，全面分析圍巖層內部變形原因。通過結合理論知識及其現場施工情況來探究硐室圍巖層變形的主要原因。同時，根據變形原因，合理分析圍巖層穩定控制的原理，有效提出解決方案，以保證A礦區圍巖層施工安全高效進行。

1 礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖現狀

1.1 礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖背景

我國礦產資源儲量大，資源種類豐富。但是，我國礦產資源特點是淺部礦產資源少，深部礦產資源較多，導致長期以來礦產資源開采成本高、難度較大等問題。作為國民經濟的重要部分，礦產工業的發展關乎著我國國民經濟是否穩定地向前發展，因此，我國高度重視礦產資源開發。然而，近幾年，我國經濟發展迅速，礦產資源需求量過大，礦產資源開發越來越多，許多開采條件較好、易開采的淺層資源已經接近枯竭。為了適應市場需求，我國努力探尋新的資源。隨著礦產資源勘測技術的不斷進步，我國礦產資源開發不斷向深部發展，深部礦產資源也不斷被發現和開采。

1.2 礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖研究意義

近年來，礦產資源逐步向深部開采，礦石的開采費用隨之增高，開采成本日益增加。伴隨著我國礦產資源不斷向深部發展，礦產資源開采給周圍環境也帶來負面影響，礦產開采與生態發展相互沖突。在我國資源保障體系中，深部礦產資源的開采占有很大影響。如果大型礦產深部資源依然采用傳統開采方式，那么大量的排土場及尾礦庫將加速生態環境、人文環境的不斷惡化。因此，深部礦產資源開采應打破常規，破舊革新。面對這些問題，本文以A礦區開采工程為背景目標，通過現場調查、測試等手段，對深部礦產資源開采進行穩定性分析，為以后類似深部礦產資源提供參考資源。

1.3 礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖研究內容

本文以A礦區工程背景，通過現場地質調查，收集相關數據，進行全面系統性分析研究，利用水壓致裂進行地應力測試，獲得A礦區應力分布規律，對A礦區硐室圍巖層開挖高度穩定性的影響進行研究，為下一階段的工程施工提供一定的技術指導。

2 深度資源開采問題分析

2.1 A礦區硐室圍巖地質圍巖穩定性差

從現場勘測來看，A礦區位于東南位置，礦區內部地質構造相對復雜，礫巖層內含有裂隙水。該礦區共發育5條斷層，區域構造斷裂發育。A礦區東南方向地勢較高，雨季容易形成大面積地表匯水。A礦區有地表徑流，其走向與山丘間溝谷基本一致。汛期，河水水位暴漲，枯水期，河水流量很少。A礦區主礦體的頂板主要為鈣質黏土、白云質灰巖、泥質灰巖等，山礦體以疏松塊狀、粉狀為主，比較松軟，穩定性差。

2.2 A礦區硐室圍巖構造有效應力減小

由于地震的作用，地殼中斷層發生運動，對斷層的受力特性影響很大。相對于A礦區斷層區域破碎的圍巖來說，地表水有可能通過各種途徑滲入地殼各部的斷層，地下水滲入斷層的破碎介質中會產生孔隙壓力，使得巖體的有效應力減小，有效圍壓降低，巖體有效強度降低。地下水不斷運動，容易與圍巖巖體結構面中夾雜的物質產生水化作用而泥化，不同程度地弱化了巖石的力學性質，減小巖體之間的摩擦力，減小斷層面上的剪切應力與巖體強度。同時，隨著斷層區域裂隙水壓力的不斷增大，圍巖自重加大，超出原本可承受的范圍，最終引起各種地質災害。

2.3 A礦區硐室圍巖變形原因

在A礦區開采過程中，邊墻變形基本持續保持增加狀態。主要原因是邊墻開挖，對頂拱上部圍巖形成明顯的“拱”效應，導致圍巖變形減小。這與很多地下硐室群開挖過程中變形的監測規律基本一致，隨著后期開挖的持續進行，頂拱再次出現下沉，但是變形基本保持穩定[3]。而硐室開挖過程中，邊墻變形基本上持續增加，直至開挖結束。隨著開挖深度的增加，硐頂切向應力將由拉應力轉化為壓應力，壓應力逐漸增大，使得拱頂的圍巖應力得到一定改善，而拱部剛開挖時，硐室圍巖本身所具有的裂隙或爆破產生的裂隙可能使得不穩定性區域的礦體發生破碎，致使整個圍巖硐室遭到變形破壞。

3 硐室圍巖控制方案

3.1 地質穩定性加固方案

圍巖破碎的回采進路進行支護加固。底板反底拱的施工可在頂、幫基本穩定后實施。將底板彎成弧形結構，并鋪設鋼筋網，保證其與幫部噴網層搭接起來，與幫部連接成整體，然后澆灌混凝土形成反底拱結構，并鋪設素混凝土。施工中要求“短掘短支”，嚴格控制循環進尺并及時完成初次支護。掘進循環進尺控制在700 mm左右并與型鋼支架排距基本一致[4]。掘進達到型鋼支架排距時，及時架設型鋼支架，支架全斷面架設，在棚后鋪設鋼筋網并進行噴漿封閉，然后在棚外鋪設一層鋼筋網，同時預埋充填注漿管。由于該類型進路圍巖較為軟弱、容易破碎，因此，施工時盡量減少每循環裝藥量，以減輕對圍巖的擾動。噴漿完成后，要求對硐室壁后進行注漿。注漿管集中注漿過程中，應注意保證注漿充填密實，提升壁后注漿的加固作用，充分改善鋼支架的承載性能，使得鋼支架受力均勻。當型鋼架設4排以上并完成壁厚充填注漿后，要及時澆筑底板。

3.2 應用地應力測量

人們要根據地質構造和井下巖體破壞狀況提供的信息來確定應力方向。油田施工中所用水壓致裂法相對簡單實用，該方法被大量應用于水電工程和礦石工程中[5]。而在礦建工程破碎圍巖硐室圍巖的地應力測試中，水壓致裂法也被應用。水壓致裂法測量簡單，設備易操作，測量數值便于觀測，十分實用。

3.3 礦區硐室圍巖變形分析

在不同工況下（硐室一次性開挖、層間不同高度），各硐室的變形程度（單位：mm）如表1所示。

如表1所示，盡管硐室開采層間的高度不盡相同，但是每個層間的硐室變形程度都在20～30 mm，半自磨硐室頂拱變形程度為23.77 mm左右，磨選硐室頂拱變形程度大約為22 mm，精礦濃縮及泵站硐室頂拱變形為21 mm左右，尾礦濃縮硐室頂拱變形程度為26 mm左右，尾礦給料及泵站硐室頂拱變形程度為28 mm左右。每個層間邊墻變形程度為10～20 mm，半自磨硐室邊墻變形程度為18 mm左右，磨選硐室邊墻變形程度為16 mm左右，精礦濃縮及泵站硐室邊墻變形程度為14 mm左右，尾礦濃縮硐室邊墻變形為14 mm左右，尾礦給料及泵站硐室邊墻變形為19 mm左右。開挖數據表明，礦建工程中，破碎圍巖硐室圍巖的開挖深度越大，變形范圍越大。為增強破碎圍巖硐室圍巖的穩定性，人們要減小破碎圍巖硐室圍巖深度，有效預防破碎圍巖硐室圍巖邊墻變形。

4 結論

近些年，我國大力開采鐵礦資源，淺部礦產資源逐漸枯竭，礦產資源深度不斷增加，故而地下硐室開采建設施工也日益増多。然而，地下硐室圍巖地質條件過于復雜，構造應力較大，嚴重影響地下硐室穩定。本文借鑒前期經驗，以A礦區實際現場開采為例，對礦建工程中破碎圍巖硐室圍巖深部開采進行全面研究，進一步提升破碎圍巖硐室圍巖的穩定性，以推進破碎圍巖硐室圍巖建設。

參考文獻：

[1]吳運杰.高地應力隧道巖爆破壞機理及硐室穩定性研究[D].北京：北京交通大學，2019.

[2]鹿利恒.恒源煤礦深井大斷面硐室圍巖穩定性控制技術研究[D].北京：中國礦業大學，2019.

[3]楊計先.井底巷道硐室群破壞機理及綜合加固技術研究[J].煤炭科學技術，2019（4）：69-77.

[4]杜洋.超大斷面硐室安全維控技術的研究與應用[J].山東工業技術，2019（8）：90-91.

[5]田波.注漿加固破碎圍巖技術分析與應用[J].煤礦現代化，2019（1）：19-21.