郭家沟铅锌矿大断面硐室在千枚岩地段施工技术探讨

郭家沟铅锌矿大断面硐室在千枚岩地段施工技术探讨

牛全林

身份证号码：62030219760923xxxx甘肃兰州730000

郭家沟铅锌矿位于甘肃省徽县柳林镇，矿山生产规模150×104t/a。开采的矿石在井下完成粗碎，井下卸矿硐室掘进断面跨度为10.5m，高6.25m，掘进的断面面积为56m2，采用0.4m钢筋混凝土支护。

卸矿硐室设计位置正好处于千枚岩围岩中。但在实际施工过程中发现，千枚岩岩性较差，在回风平巷小断面巷道施工的过程中，出现数次冒顶塌方，因此按照普通围岩支护方法无法进行正常施工

1、千枚岩围岩的施工特点

矿区内岩体主要为灰岩、绢云母千枚岩、钙质条带状千枚岩、砂岩，呈互层状分布，岩体软硬相间，层状结构明显。其结构面上普遍存在有断层泥、泥质、炭质夹层，构成其相对软弱结构面，次生节理、裂隙面一般平直光滑，且相互切割，整体呈碎裂状、碎块状、千枚状，完整性遭到较大破坏，导致岩石结构局部较松散，工程性质较差。

鉴于千枚岩的特殊性质，卸矿硐室在采用传统的施工方案时会出现很多难题，这就需要一套科学的行之有效的针对千枚岩巷道的施工方法。针对千枚岩这种特殊的地质条件，选择适宜的施工方法并对相应的病害采取及时到位的防治措施方能保证施工安全及质量。

2、千枚岩围岩的施工方法

2.1.地质监测预报

为了更好地指导施工，必须高度重视地质预报和验证工作。在进行矿硐室施工以前，应先做好卸矿硐室及周围的地质预报工作，施工中采取单轨断面方式先进行硐室及附近导硐掘进，目的是为了超前勘探卸矿硐室部位及周围的实际地质情况，掌握导硐开挖掌子面和洞身周边围岩的岩性、结构、构造等情况，判断卸矿硐室及周围部位围岩的工程地质，并依此制定更加合理的支护措施。

a.地质监测预报方法：用数码像机将开挖后、没有支护以前的巷道边墙及顶拱进行拍照，通过编辑，制成具有里程标志的连续的照片资料，从而分析围岩结构面节理、裂隙的变化情况。

b.地质信息收集与处理：通过以上方法收集地质信息，进行综合分析、判断，为施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。

2.2.卸矿硐室施工方法

为保证施工安全，开挖时采取先拱后墙“分部开挖、分部支护”的方法施工，分部开挖是将卸矿硐室分为几个部分进行开挖；分部支护是将卸矿硐室分为初期支护和永久钢筋混凝土支护两个部分。初期支护采取拱部锚索+拱部及边墙工字钢架+钢筋网+25cm厚喷混凝土联合支护形式，初期支护参数分别为：a）锚索长度7.5m、环向间距1m、纵向间距1.5m；b）工字钢架采取14号工字钢或U型钢进行制作、钢架纵向间距1.5m，并将锚索出露部分与工字钢架连接成整体，钢架纵向连接采用Ф20带肋钢筋，连接筋环向间距为1m。按以上支护参数进行分部开挖、分部初期支护直至南北方向纵向长度施作完成后，及时按设计进行40cm厚C25钢筋混凝土永久支护。考虑到卸矿卸矿硐室跨度大，为了确保开挖过程中硐室的结构安全，采取以下技术措施确保硐室开挖施工安全和硐室围岩稳定：

1）为了最大限度减小爆破振动对卸矿硐室安全稳定的影响，在进行硐室分部开挖以前先对硐室周围的巷道进行掘进，上、下中段溜井联络巷（含上部溜底部斜槽开挖）、+350m中段人行通风天井联络巷（长24.55m）掘进。

2）为了保证卸卸矿硐室围岩的永久稳定，硐室扩帮后需要先对卸矿硐室进行初期支护，并设收敛沉降观测点，根据收敛沉降观测点的观测数据进行分析，确认硐室围岩基本达到自稳后再开始进行钢筋砼永久支护。

3）对卸矿硐室进行分部开挖、分部初期支护，具体分部开挖程序见以下分部开挖程序图（单位：mm）。

如上图所示，卸矿硐室开挖时按Ⅰ～Ⅳ的程序进行施工，Ⅰ部为导硐开挖（开挖时周边喷护5cm厚砼），Ⅰ部导硐开挖109.8m后，接着依次进行Ⅱ、Ⅲ部开挖，Ⅱ部开挖施工顺序为：①开挖Ⅱ部2～3m、②及时在右侧边墙及右侧拱部喷5cm厚砼、③沿环向右侧拱部打设7.5m深锚索、④利用槽钢将锚索出露部分连接成整体、⑤架立右侧墙及右拱部钢拱架、⑥打设钢拱架锁脚锚杆、⑦施工拱架纵向连接筋、⑧喷20cm厚砼将钢架覆盖；Ⅱ部开挖及锚索、钢架支护4～6m后再按以上顺序进行Ⅲ部开挖开挖施工，Ⅱ、Ⅲ部开挖施工完成后，钢拱架右侧和拱部已连接成整体；最后进行Ⅳ部开挖，Ⅳ部开挖顺序：①开挖Ⅳ部2～3m、②喷5cm厚砼、③架立左侧墙钢拱架、④打设左侧墙钢拱架锁脚锚杆、⑤施工拱架纵向连接筋、⑥喷20cm厚砼将左侧墙钢架覆盖，至此整环钢拱架及初期支护施工完毕，按以上程序进行下一循环卸矿硐室Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部施工直至整个硐室开挖完毕。

4）拱顶下沉及收敛量测

硐室分部开挖及初期支护完成后，及时在硐室拱部设三个、左右边墙各设一个变形观测点，测点纵向间距为10m（即在单个14.6m长卸矿硐室范围内总共设二环变形位移观测点），拱顶下沉及收敛量观测点

5）初期支护监测结果异常的处理

卸矿硐室监控量测结果出现异常时，按以下方法处理：

如果是由于围岩压力引起的，可多次复喷并用锚索或锚杆加固围岩，补强初期支护。在下一循环施工时，修改支护参数，增强初期支护，同时增大观测频率。

如出现变形速率突然增大出现不稳定征兆时，应进行适时监测观察。如伴有响声及新生裂缝，要立即暂停正常施工，加强支护和采取可能的抢救性措施。

遇下列情况之一，应立即采取补强措施，改变施工方法或设计参数，增强初期支护：硐室开挖后，工程地质和水文地质、围岩类别比预计的要差；喷射混凝土层裂缝多、裂缝大或不断发展；位移速率长期无明显下降，实测位移值已接近规定的允许值（5cm），位移量可能超过预留变形量。

6）施工过程的注意事项

a.控制扬尘技术措施

在出碴行车时，千枚岩的粉尘化会造成施工路面尘土飞扬，影响施工安全和施工效率。施工过程中要及时向行车周围环境喷淋水润湿围岩及洞身周围，并及时清理路面杂物、灰尘，保持良好的井下施工环境。

b.控制超欠挖措施

巷道掘进施工过程中尽量的减少对围岩的扰动，充分发挥围岩的自稳能力。通过减短开挖进尺（控制在1.5m左右），采用间隔装药或导爆索起爆，选用低密度低爆速、低猛度的炸药，尽可能地减少每段和每孔的炸药量，并且局部采用人工开挖相结合的方式，防止巷道出现坍塌。

同时要有“岩变我变”的指导思想。根据围岩特点合理选择周边眼间距，每次爆破后检查爆破效果，分析原因及时修正爆破参数，提高爆破效果，改善技术经济指标。

c.塌方冒顶处理措施

由于卸矿硐室断面积较大，一旦出现冒顶，必须马上加固处理，不可犹豫不决、心存侥幸、任其发展，必须避免造成更加严重的损失和不可收拾的局面。

3、小结

通过对大断面卸矿硐室的施工，可总结出在围岩千枚岩中巷道掘进的几点经验：

3.1软弱围岩施工，应采用光面爆破和微震动爆破等技术，以减少爆破作业对围岩的扰动。

3.2初期支护须尽早形成稳定的封闭结构，能尽快稳定围岩。而且初期支护必须具有抵抗较大围岩压力和变形的能力，因此应提高锚杆、钢筋网、钢架的施工质量。

3.3结合卸矿硐室的实际情况，选择“分部开挖、分部支护”的方法施工，并以“短进尺、弱爆破、快支护、勤测量”为施工原则，可以减少围岩裸露时间，减小爆破扰动，缩短围岩应力调整时间，避免围岩大变形。

在郭家沟铅锌矿卸矿硐室大断面巷道施工的过程中，未发生坍方和安全质量事故；施工完毕段落经过观测，混凝土表面无开裂现象，质量符合设计及规范要求。

参考文献：

[1]张学军，胡必飞.软弱千枚岩地段TBM掘进施工技术[J].隧道建设，2011，3106：706-711.

[2]豆小天，徐双永.高地应力千枚岩地层斜井进正洞岔口地段施工技术[J].隧道建设，2010，3002：206-211.

[3]严竞雄.千枚岩隧道岩性及施工期结构受力变形机理研究[D].北京交通大学，2009.