1．6复杂地质条件下的巷道施工

金属矿山的岩层地质条件一般是较好的，但在一些矿山的巷道施工过程中，也常碰到一些断层破碎带、溶洞和含水流沙层等复杂地质条件，对巷道施工影响很大。在这样的地段，如果仍采用一般的掘进施工是难以通过的。

1．6．1松软岩层中的巷道施工

1．6．1．1松软岩层的物理特征

松软岩层一般是指岩体破碎和岩性软弱的岩层，具有松、散、软、弱等属性。

(1)“松”系指岩石结构疏松、密度小、孔隙度大的岩层。

(2)“散”指岩石胶结程度很差或指未胶结的颗粒状岩层。

(3)“软”是指岩石强度低、塑性大或黏土矿物质易膨胀的岩层。

(4)“弱”指受地质构造的破坏，形成许多弱面，如节理、片理、裂隙等破坏了原有岩体的强度，极易破碎，易滑移冒落的不稳定岩层，但其单轴抗压强度还是较高的。

1．6．1．2松软岩层类型

(1)受构造运动强烈影响和强风化的地带，如接触破碎带、断层破碎带、层间错动带、挤压破碎带、风化带等，基本呈散体结构；表现特征为总体强度低，稳定性差；其破坏形态表现为片帮、掉块或塌陷。

(2)软弱流变岩体，是指围岩塑性大，且延续时间长的岩体，如第三纪以来的沉积岩和其他一些岩体。在地压较大或埋藏较深时，常常表现出明显的流变特性，变形量大而且有较长的蠕变时间；破坏状态一般表现为顶板下沉、底板鼓起、两帮内挤等。

(3)以含黏土矿物为主的某些岩体，从成分上看主要含有蒙脱石、绿泥石、高岭土等。其主要特点是对水敏感，一般是脱水风干后爆裂或崩解，遇水膨胀或软化。

在施工实践中，有时会发生以上几种岩层同时出现的情况，这时其破坏性状态就更为复杂。

1．6．1．3松软岩层的主要力学特征

(1)岩层胶结程度差，怕风、怕水、怕震是它的共同特点。

(2)强度低：松软岩层强度低，凝聚力小，内摩擦角小。

(3)具有明显的流变性，表现为在初期变形速度快，变形量大，蠕变持续时间长。

(4)遇水崩解或膨胀。

(5)易受爆破震动的影响。

1．6．1．4松软岩层巷道的维护

在松软岩层中巷道施工，掘进较容易，维护却极其困难，采用常规的施工方法和支护形式、支护结构，往往不能奏效。因此，研究在松软岩层中巷道的维护问题便成为井巷施工的关键问题。

A基本原则

巷道维护问题不能只看作是支护结构和材料的选择问题，而应把支护和巷道周围岩体当作互相作用的力学体系来考虑。应首先分清地压的类型，摸清围岩压力活动规律，采用不同的支护原则和维护方法，采取综合措施使巷道在服务年限内保持稳定。

B主要技术措施

a采用喷锚支护或注浆法加固围岩

在来压快的软岩中宜推广管缝式或楔管式摩擦锚杆、水泥卷锚杆；在动压软岩巷道中钢纤维喷射混凝土支护有广阔的前途。在破碎、裂隙发育或含水岩层中采用注浆加固，使水泥浆或化学浆注满裂隙，提高整体性，并可封水堵水。

b选择合理的巷道断面形状和高宽尺寸比例

在这种岩层中巷道断面形状以采用曲线形全封闭支护为宜。应根据原岩应力与巷道断面形状和高宽尺寸比的关系确定，如当水平应力为主时，应采用宽度大于高度的横椭圆形，反之为竖椭圆形。

C分次支护，合理选择二次支护时间

选择巷道支护时间关系到支架的强度和可缩量大小。对变形大的岩体一般要分两次支护。一次支护要紧跟工作面掘进及时施作，通常喷锚支护最有效。等围岩位移趋于稳定时，再上二次支护。二次支护刚度要较大的，故总的支护原则是先柔后刚。围岩位移趋于稳定的时间，不仅取决于岩体本身的物理力学性质，而且与一次支护的刚度密切相关，因此它的变动范围很大。为了保证二次支护的效果，最好是根据围岩位移速度和位移量的测量数据来确定二次支护的时间。如金川二矿区，一般在第一次支护后l20d实施第二次支护；张家洼铁矿则为30d。

d设置回填层

在一次支护与二次支护之间充填一层泡沫混凝土或低标号混凝土或砂子，可产生两种作用：

(1)提供径向应力以稳定巷道周边岩石，使支护的应力重新分布。

(2)起衬垫作用，避免在最终(二次)支护上产生集中载荷。

e加强巷道底板管理

在软岩巷道，特别是在具有膨胀性围岩中掘进巷道，多数是要发生底鼓的。防止底鼓的措施一般是用砌块砌筑底拱，也有用锚杆加固的。

f重视涌水的处理

采取排水、疏干措施，使巷道不积水，防止对围岩溶蚀、软化、膨胀作用。

总之，要解决松软岩层巷道维护问题，一般都采用综合治理的办法，全面考虑上述技术措施，但是在保证巷道稳定的条件下，也可只采用其中一些措施。

1．6．I．5松软岩层巷道施工方法及实例

A撞楔法

撞楔法也叫插板法，是一种通过松软破碎岩层常用的方法，也可用来处理严重塌冒，或被破碎岩石所充满的巷道。但这些松散岩石中不能有较大的坚硬大块，以免影响打入撞楔。它是一种超前支护法，在超前支架的掩护下，可以使巷道顶板完全不暴露，如图1―61所示。

图1-61撞楔法

1～横梁；2一撞楔；3一支架

在即将接触松软破碎岩层时，首先紧贴工作面架设支架，然后从后一架支架顶梁下方向前一架支架顶梁上方由顶板一角开始打入撞楔。撞楔应以硬质木材制成，宽度不小于lOOmm，厚度为40～50mm，前端要削成扁平尖头，以减少打入的阻力。撞楔的长度一般为2～2．5m。撞楔要排严打入，不得露顶。打入撞楔要用木锤，以免把撞楔尾部打劈。打入撞楔时，每次将各撞楔依次打入l00～200mm，直至预定深度。在撞楔超前支护下，可以开始・出碴。当清到撞楔打入岩石深度的2／3时，便应停止清碴，架设支架开始打第二排撞楔，进行第二次循环，直至通过断层冒落破碎带为止。

如果巷道的顶底板两帮都不允许暴露时，在巷道的四周都必须打入撞楔；施工时，打人工作面和底板的撞楔可以短些。

在缺乏特殊设备的情况下，撞楔法是通过断层破碎带、含水流沙层、软泥层等比较有效的办法，施工时也比较安全。这种方法的缺点是施工速度慢，耗费的人力、物力较多。

B喷锚法

喷锚支护不但可在岩石节理裂隙发育的破碎带中应用，而且也可作为处理巷道冒顶及片帮的简易方法。只要巷道能在一定时间内保持相对稳定，不会随掘随冒，即可采用此法。

C 实例

(])龙烟铁矿在掘进850平硐时，碰到了极其严重的断层破碎带，且涌水量大，开始涌水量为l50m3／h。在此情况下，先后开凿了两条绕道，但同样发生冒落，无法通过，但起到了疏水的作用，使涌水量降低为10m3"／h。最后采用缩小断面、满帮满顶、梁上梁下打撞楔的办法，有效地控制了流沙，顺利穿过了施工极为困难的地段。

(2)武钢金山店铁矿东风井一60m中段运输乎巷，长800余m，断面为ll．2m2，平巷穿过岩层的地质条件复杂，有断层破碎带，也有极易风化的地段；岩石为石英二长岩，节理裂隙发育，局部地段的二长岩呈高岭土化、绿泥石化，厂一2～4。这样的岩石极易风化潮解，稳定性很差，暴露时间稍长，容易发生冒顶片帮，有一次放炮后不到8h，冒落高达10余m。在这样的地段，施工单位过去采用短段掘砌，即掘-／J,段，立即用钢轨或木材做临时支护(事后一般不拆除，因此掘进的巷道断面大)，永久支护采用普通的浇灌混凝土，事后仍免不了纵横交错的裂缝发生。后来采用喷锚网联合支护，掘支依次作业，成功地通过了这一破碎岩层地段。其主要经验是：掘进时采用光面爆破，尽量减少爆破对围岩的影响，有利于提高围岩的稳定性；爆破后立即喷拱，其厚度不小于50mm，喷好拱再出碴，之后再喷墙，完成临时支护。为了不使爆破震坏临时支护，喷完临时支护后到下次放炮的时间不小于4h。进行第二次循环时，凿眼爆破之后喷拱、出碴、喷墙；在前一循环的临时支护处打锚杆眼、安装锚杆、挂网，喷混凝土至永久支护厚度(150mm)；之后，进行第三次循环。这种方法归纳起来为：先喷拱后出碴，使喷射混凝土紧跟工作面；喷射混凝土时是先拱后墙，先临时支护(素喷混凝土)后永久支护(喷锚网联合支护)。为了确保工程质量，应当把喷锚网伸展到冒顶区两端外不小于3．Om。采用这样的方法，顺利地通过了大断面冒顶区，而且永久支护极少出现裂缝，至今已经受多年的使用考验，支护效果良好。

必须指出，切不可使用单一的喷射混凝土支护这样的地段，这是由多次失败的教训证明

了的。

在非常破碎、断层带多、掘进后随时都有冒落危险的地段施工，可用打超前锚杆的方法。

锚杆向前倾斜65。～70。或小些，以防止顶板冒落。如抚顺龙风矿一635m的电机车硐室变电所在破碎岩层中施工时，就是采用这种方法。先用l．7m长的钢丝绳砂浆锚杆(间距600ram)做超前支架，安全地通过了破碎带，通过后又及时补打了锚杆并喷浆。

(3)北皂煤矿曾用喷锚支护法处理过翻车机硐室及东大巷的冒顶，如图1―62和图l―63所示。处理的方法是：冒顶落下的岩石暂不清除，先用长杆捣掉冒顶区的浮石，然后站在岩石堆上先喷一层混凝土固顶，后喷两帮。若顶、帮有渗漏水，可用特制的漏斗及导管将水引出。

图1―62用喷锚法处理翻车机硐室冒顶

图1―63用喷锚法处理东大巷冒顶

初次喷层凝固后，开始打锚杆眼，而后安装锚杆并挂网，再复喷一次，两次喷射厚度以不超过200mm为宜。冒顶处理完之后，可按设计断面立模浇灌300～400mm厚的混凝土碹或砌毛料石碹。碹顶上充填400～500mm河砂及矸石作为缓冲层，以保护下方的碹顶。

在一般巷道喷射混凝土施工中，喷前应先用风、水吹洗岩面。而在处理冒顶时，则严禁用风、水吹洗。因为冒顶区的围岩比较破碎，岩块间黏结力差，摩擦力小，一旦经风、水吹洗将会完全失去黏结力和摩擦力，有可能发生更大的冒顶。

1．6．2在含水岩层中的巷道施工

在含水岩层中，特别是在涌水量很大的含水流沙层或破碎带中掘进巷道，施工是很困难的。在含水岩层中掘进巷道时，必须首先治水。一般来说，治水有两条途径：一是疏(放水)，二是堵；或者疏堵结合，根据具体情况，或以疏为主或以堵为主。所谓疏，是用钻孔或放水巷道放水，以降低穿过岩层的水位，将水降至巷道底板水平以下，从而使掘进工作在已疏干的岩层中进行。堵，就是采用注浆的方法，堵住流水进入巷道的裂隙或空洞，使巷道通过的岩层与水源隔绝，造成无水或少水，达到改善掘进条件的目的。水疏干后，再根据岩层情况选用上述几种方法掘进。

下面介绍几种人工降低水位和有关探水、放水的施工技术安全规定。

1．6．2．1人工降低水位法

A钻孔放水法

在金属矿山，巷道掘进有时遇到涌水量很大的溶洞性的石灰岩或极坚硬的含水岩层，可采用钻孔放水的方法。

当掘进工作面距含水层30～40m时，即从工作面以与水平呈10。～40。倾角的方向钻进2～3个直径为l00～150mm的钻孑L，如图1―64所示。在钻孔口处安设长3～5m的孔口管，并在其露出端安设闸门，然后即可用轻型钻机继续钻孑L。钻孑L时如果预计水压很大，为防止水从钻孔中冲出，可在孔口管上安装保护压盖。

当岩层不太稳定时，为防止孑L壁破坏，可在靠含水层的一段内安设保孔管。

当钻孔中的涌水量已经不大而且动水压力不大时，即可开始在含水岩层内掘进。但当动水压力虽已降低，而涌水量并未减少时，则可安设水泵进行抽水。

图1―64钻孔放水法

1一巷道；2含水岩层；3一钻孔；4孔口管；5一闸门

实践表明，如果在坚硬岩层内水力沟通的良好情况下，采用钻孔降低水位是有效的。

必须指出，如含水层与其他大量补给水源沟通，排水的时间就会很长，排水费用过高，就不如使用其他特殊施工法(如注浆法等)或将巷道改道合算了。

B巷道放水降低水位法

金属矿山有几个矿山采用这种方法人工降低了水位，疏干了巷道所穿过的含水岩层，顺利地通过了流沙层，效果颇好。

江西大吉山钨矿在掘进主要运输平硐时，当自硐口开始掘至80m处，碰到流沙断层，压力特别大，采用了24k9／m的钢轨做支架，横梁也被压坏，且有较大的涌水，使掘进无法进行。经分析，其原因是原来的花岗岩风化后，长石变成了高岭土，与未风化的石英、云母混合在一起，在静止状态时无甚压力，水也可渗透。但在掘进时，便成为稀糊状的流沙，压力剧增，特别是岩层中有未风化的大块，给掘进工作的安全带来了很大威胁。决定采取开凿放水巷，经月余时间放水后，主平硐穿过岩层的水位大大降低，使之在疏干的岩层中掘进，巷道岩层的稳定性大大提高。最后采用普通掘进法、木支架支护便顺利地通过了断层流沙地带。

综上所述，人工降低水位法对含水岩层，特别是对含水流沙层的掘进，是一项有效的措施和方法。此外，根据水文地质情况，估计在巷道前进方向将碰到有压力的涌水时，钻凿超前探水钻孔不仅对疏水很有必要，也是保证施工安全必不可少的措施。

1．6．2．2注浆堵水法

注浆堵水法的实质是将注浆材料以浆液状通过注浆设备压入岩石裂隙或孔隙中去，以封闭透水通道，然后以普通施工方法或一般破碎带的施工方法掘进巷道。

巷道注浆可分为预注浆和壁后注浆两种。预注浆是在含水段未通过前，构筑止水墙，预埋孔口管，钻孔注浆。壁后注浆是在巷道通过含水段，在其墙或拱部有出水点处注浆，以改善巷道施工条件和保护巷道壁。

1．6．2．3巷道通过含水岩层的施工安全措施

在含水岩层中掘进巷道时，要特别注意安全。在技术组织工作上除了根据岩层稳定情况采取相应的施工安全措施外，还应采取防水的有效措施。必须遵守安全规程和《矿山井巷施工及验收规范》中对有关探水和放水的规定。