1．6復雜地質條件下的巷道施工

金屬礦山的巖層地質條件一般是較好的，但在一些礦山的巷道施工過程中，也常碰到一些斷層破碎帶、溶洞和含水流沙層等復雜地質條件，對巷道施工影響很大。在這樣的地段，如果仍采用一般的掘進施工是難以通過的。

1．6．1松軟巖層中的巷道施工

1．6．1．1松軟巖層的物理特征

松軟巖層一般是指巖體破碎和巖性軟弱的巖層，具有松、散、軟、弱等屬性。

(1)“松”系指巖石結構疏松、密度小、孔隙度大的巖層。

(2)“散”指巖石膠結程度很差或指未膠結的顆粒狀巖層。

(3)“軟”是指巖石強度低、塑性大或黏土礦物質易膨脹的巖層。

(4)“弱”指受地質構造的破壞，形成許多弱面，如節理、片理、裂隙等破壞了原有巖體的強度，極易破碎，易滑移冒落的不穩定巖層，但其單軸抗壓強度還是較高的。

1．6．1．2松軟巖層類型

(1)受構造運動強烈影響和強風化的地帶，如接觸破碎帶、斷層破碎帶、層間錯動帶、擠壓破碎帶、風化帶等，基本呈散體結構；表現特征為總體強度低，穩定性差；其破壞形態表現為片幫、掉塊或塌陷。

(2)軟弱流變巖體，是指圍巖塑性大，且延續時間長的巖體，如第三紀以來的沉積巖和其他一些巖體。在地壓較大或埋藏較深時，常常表現出明顯的流變特性，變形量大而且有較長的蠕變時間；破壞狀態一般表現為頂板下沉、底板鼓起、兩幫內擠等。

(3)以含黏土礦物為主的某些巖體，從成分上看主要含有蒙脫石、綠泥石、高嶺土等。其主要特點是對水敏感，一般是脫水風干后爆裂或崩解，遇水膨脹或軟化。

在施工實踐中，有時會發生以上幾種巖層同時出現的情況，這時其破壞性狀態就更為復雜。

1．6．1．3松軟巖層的主要力學特征

(1)巖層膠結程度差，怕風、怕水、怕震是它的共同特點。

(2)強度低：松軟巖層強度低，凝聚力小，內摩擦角小。

(3)具有明顯的流變性，表現為在初期變形速度快，變形量大，蠕變持續時間長。

(4)遇水崩解或膨脹。

(5)易受爆破震動的影響。

1．6．1．4松軟巖層巷道的維護

在松軟巖層中巷道施工，掘進較容易，維護卻極其困難，采用常規的施工方法和支護形式、支護結構，往往不能奏效。因此，研究在松軟巖層中巷道的維護問題便成為井巷施工的關鍵問題。

A基本原則

巷道維護問題不能只看作是支護結構和材料的選擇問題，而應把支護和巷道周圍巖體當作互相作用的力學體系來考慮。應首先分清地壓的類型，摸清圍巖壓力活動規律，采用不同的支護原則和維護方法，采取綜合措施使巷道在服務年限內保持穩定。

B主要技術措施

a采用噴錨支護或注漿法加固圍巖

在來壓快的軟巖中宜推廣管縫式或楔管式摩擦錨桿、水泥卷錨桿；在動壓軟巖巷道中鋼纖維噴射混凝土支護有廣闊的前途。在破碎、裂隙發育或含水巖層中采用注漿加固，使水泥漿或化學漿注滿裂隙，提高整體性，并可封水堵水。

b選擇合理的巷道斷面形狀和高寬尺寸比例

在這種巖層中巷道斷面形狀以采用曲線形全封閉支護為宜。應根據原巖應力與巷道斷面形狀和高寬尺寸比的關系確定，如當水平應力為主時，應采用寬度大于高度的橫橢圓形，反之為豎橢圓形。

C分次支護，合理選擇二次支護時間

選擇巷道支護時間關系到支架的強度和可縮量大小。對變形大的巖體一般要分兩次支護。一次支護要緊跟工作面掘進及時施作，通常噴錨支護最有效。等圍巖位移趨于穩定時，再上二次支護。二次支護剛度要較大的，故總的支護原則是先柔后剛。圍巖位移趨于穩定的時間，不僅取決于巖體本身的物理力學性質，而且與一次支護的剛度密切相關，因此它的變動范圍很大。為了保證二次支護的效果，最好是根據圍巖位移速度和位移量的測量數據來確定二次支護的時間。如金川二礦區，一般在第一次支護后l20d實施第二次支護；張家洼鐵礦則為30d。

d設置回填層

在一次支護與二次支護之間充填一層泡沫混凝土或低標號混凝土或砂子，可產生兩種作用：

(1)提供徑向應力以穩定巷道周邊巖石，使支護的應力重新分布。

(2)起襯墊作用，避免在最終(二次)支護上產生集中載荷。

e加強巷道底板管理

在軟巖巷道，特別是在具有膨脹性圍巖中掘進巷道，多數是要發生底鼓的。防止底鼓的措施一般是用砌塊砌筑底拱，也有用錨桿加固的。

f重視涌水的處理

采取排水、疏干措施，使巷道不積水，防止對圍巖溶蝕、軟化、膨脹作用。

總之，要解決松軟巖層巷道維護問題，一般都采用綜合治理的辦法，全面考慮上述技術措施，但是在保證巷道穩定的條件下，也可只采用其中一些措施。

1．6．I．5松軟巖層巷道施工方法及實例

A撞楔法

撞楔法也叫插板法，是一種通過松軟破碎巖層常用的方法，也可用來處理嚴重塌冒，或被破碎巖石所充滿的巷道。但這些松散巖石中不能有較大的堅硬大塊，以免影響打入撞楔。它是一種超前支護法，在超前支架的掩護下，可以使巷道頂板完全不暴露，如圖1―61所示。

圖1-61撞楔法

1～橫梁；2一撞楔；3一支架

在即將接觸松軟破碎巖層時，首先緊貼工作面架設支架，然后從后一架支架頂梁下方向前一架支架頂梁上方由頂板一角開始打入撞楔。撞楔應以硬質木材制成，寬度不小于lOOmm，厚度為40～50mm，前端要削成扁平尖頭，以減少打入的阻力。撞楔的長度一般為2～2．5m。撞楔要排嚴打入，不得露頂。打入撞楔要用木錘，以免把撞楔尾部打劈。打入撞楔時，每次將各撞楔依次打入l00～200mm，直至預定深度。在撞楔超前支護下，可以開始?出碴。當清到撞楔打入巖石深度的2／3時，便應停止清碴，架設支架開始打第二排撞楔，進行第二次循環，直至通過斷層冒落破碎帶為止。

如果巷道的頂底板兩幫都不允許暴露時，在巷道的四周都必須打入撞楔；施工時，打人工作面和底板的撞楔可以短些。

在缺乏特殊設備的情況下，撞楔法是通過斷層破碎帶、含水流沙層、軟泥層等比較有效的辦法，施工時也比較安全。這種方法的缺點是施工速度慢，耗費的人力、物力較多。

B噴錨法

噴錨支護不但可在巖石節理裂隙發育的破碎帶中應用，而且也可作為處理巷道冒頂及片幫的簡易方法。只要巷道能在一定時間內保持相對穩定，不會隨掘隨冒，即可采用此法。

C 實例

(])龍煙鐵礦在掘進850平硐時，碰到了極其嚴重的斷層破碎帶，且涌水量大，開始涌水量為l50m3／h。在此情況下，先后開鑿了兩條繞道，但同樣發生冒落，無法通過，但起到了疏水的作用，使涌水量降低為10m3"／h。最后采用縮小斷面、滿幫滿頂、梁上梁下打撞楔的辦法，有效地控制了流沙，順利穿過了施工極為困難的地段。

(2)武鋼金山店鐵礦東風井一60m中段運輸乎巷，長800余m，斷面為ll．2m2，平巷穿過巖層的地質條件復雜，有斷層破碎帶，也有極易風化的地段；巖石為石英二長巖，節理裂隙發育，局部地段的二長巖呈高嶺土化、綠泥石化，廠一2～4。這樣的巖石極易風化潮解，穩定性很差，暴露時間稍長，容易發生冒頂片幫，有一次放炮后不到8h，冒落高達10余m。在這樣的地段，施工單位過去采用短段掘砌，即掘-／J,段，立即用鋼軌或木材做臨時支護(事后一般不拆除，因此掘進的巷道斷面大)，永久支護采用普通的澆灌混凝土，事后仍免不了縱橫交錯的裂縫發生。后來采用噴錨網聯合支護，掘支依次作業，成功地通過了這一破碎巖層地段。其主要經驗是：掘進時采用光面爆破，盡量減少爆破對圍巖的影響，有利于提高圍巖的穩定性；爆破后立即噴拱，其厚度不小于50mm，噴好拱再出碴，之后再噴墻，完成臨時支護。為了不使爆破震壞臨時支護，噴完臨時支護后到下次放炮的時間不小于4h。進行第二次循環時，鑿眼爆破之后噴拱、出碴、噴墻；在前一循環的臨時支護處打錨桿眼、安裝錨桿、掛網，噴混凝土至永久支護厚度(150mm)；之后，進行第三次循環。這種方法歸納起來為：先噴拱后出碴，使噴射混凝土緊跟工作面；噴射混凝土時是先拱后墻，先臨時支護(素噴混凝土)后永久支護(噴錨網聯合支護)。為了確保工程質量，應當把噴錨網伸展到冒頂區兩端外不小于3．Om。采用這樣的方法，順利地通過了大斷面冒頂區，而且永久支護極少出現裂縫，至今已經受多年的使用考驗，支護效果良好。

必須指出，切不可使用單一的噴射混凝土支護這樣的地段，這是由多次失敗的教訓證明

了的。

在非常破碎、斷層帶多、掘進后隨時都有冒落危險的地段施工，可用打超前錨桿的方法。

錨桿向前傾斜65。～70。或小些，以防止頂板冒落。如撫順龍風礦一635m的電機車硐室變電所在破碎巖層中施工時，就是采用這種方法。先用l．7m長的鋼絲繩砂漿錨桿(間距600ram)做超前支架，安全地通過了破碎帶，通過后又及時補打了錨桿并噴漿。

(3)北皂煤礦曾用噴錨支護法處理過翻車機硐室及東大巷的冒頂，如圖1―62和圖l―63所示。處理的方法是：冒頂落下的巖石暫不清除，先用長桿搗掉冒頂區的浮石，然后站在巖石堆上先噴一層混凝土固頂，后噴兩幫。若頂、幫有滲漏水，可用特制的漏斗及導管將水引出。

圖1―62用噴錨法處理翻車機硐室冒頂

圖1―63用噴錨法處理東大巷冒頂

初次噴層凝固后，開始打錨桿眼，而后安裝錨桿并掛網，再復噴一次，兩次噴射厚度以不超過200mm為宜。冒頂處理完之后，可按設計斷面立模澆灌300～400mm厚的混凝土碹或砌毛料石碹。碹頂上充填400～500mm河砂及矸石作為緩沖層，以保護下方的碹頂。

在一般巷道噴射混凝土施工中，噴前應先用風、水吹洗巖面。而在處理冒頂時，則嚴禁用風、水吹洗。因為冒頂區的圍巖比較破碎，巖塊間黏結力差，摩擦力小，一旦經風、水吹洗將會完全失去黏結力和摩擦力，有可能發生更大的冒頂。

1．6．2在含水巖層中的巷道施工

在含水巖層中，特別是在涌水量很大的含水流沙層或破碎帶中掘進巷道，施工是很困難的。在含水巖層中掘進巷道時，必須首先治水。一般來說，治水有兩條途徑：一是疏(放水)，二是堵；或者疏堵結合，根據具體情況，或以疏為主或以堵為主。所謂疏，是用鉆孔或放水巷道放水，以降低穿過巖層的水位，將水降至巷道底板水平以下，從而使掘進工作在已疏干的巖層中進行。堵，就是采用注漿的方法，堵住流水進入巷道的裂隙或空洞，使巷道通過的巖層與水源隔絕，造成無水或少水，達到改善掘進條件的目的。水疏干后，再根據巖層情況選用上述幾種方法掘進。

下面介紹幾種人工降低水位和有關探水、放水的施工技術安全規定。

1．6．2．1人工降低水位法

A鉆孔放水法

在金屬礦山，巷道掘進有時遇到涌水量很大的溶洞性的石灰巖或極堅硬的含水巖層，可采用鉆孔放水的方法。

當掘進工作面距含水層30～40m時，即從工作面以與水平呈10。～40。傾角的方向鉆進2～3個直徑為l00～150mm的鉆孑L，如圖1―64所示。在鉆孔口處安設長3～5m的孔口管，并在其露出端安設閘門，然后即可用輕型鉆機繼續鉆孑L。鉆孑L時如果預計水壓很大，為防止水從鉆孔中沖出，可在孔口管上安裝保護壓蓋。

當巖層不太穩定時，為防止孑L壁破壞，可在靠含水層的一段內安設保孔管。

當鉆孔中的涌水量已經不大而且動水壓力不大時，即可開始在含水巖層內掘進。但當動水壓力雖已降低，而涌水量并未減少時，則可安設水泵進行抽水。

圖1―64鉆孔放水法

1一巷道；2含水巖層；3一鉆孔；4孔口管；5一閘門

實踐表明，如果在堅硬巖層內水力溝通的良好情況下，采用鉆孔降低水位是有效的。

必須指出，如含水層與其他大量補給水源溝通，排水的時間就會很長，排水費用過高，就不如使用其他特殊施工法(如注漿法等)或將巷道改道合算了。

B巷道放水降低水位法

金屬礦山有幾個礦山采用這種方法人工降低了水位，疏干了巷道所穿過的含水巖層，順利地通過了流沙層，效果頗好。

江西大吉山鎢礦在掘進主要運輸平硐時，當自硐口開始掘至80m處，碰到流沙斷層，壓力特別大，采用了24k9／m的鋼軌做支架，橫梁也被壓壞，且有較大的涌水，使掘進無法進行。經分析，其原因是原來的花崗巖風化后，長石變成了高嶺土，與未風化的石英、云母混合在一起，在靜止狀態時無甚壓力，水也可滲透。但在掘進時，便成為稀糊狀的流沙，壓力劇增，特別是巖層中有未風化的大塊，給掘進工作的安全帶來了很大威脅。決定采取開鑿放水巷，經月余時間放水后，主平硐穿過巖層的水位大大降低，使之在疏干的巖層中掘進，巷道巖層的穩定性大大提高。最后采用普通掘進法、木支架支護便順利地通過了斷層流沙地帶。

綜上所述，人工降低水位法對含水巖層，特別是對含水流沙層的掘進，是一項有效的措施和方法。此外，根據水文地質情況，估計在巷道前進方向將碰到有壓力的涌水時，鉆鑿超前探水鉆孔不僅對疏水很有必要，也是保證施工安全必不可少的措施。

1．6．2．2注漿堵水法

注漿堵水法的實質是將注漿材料以漿液狀通過注漿設備壓入巖石裂隙或孔隙中去，以封閉透水通道，然后以普通施工方法或一般破碎帶的施工方法掘進巷道。

巷道注漿可分為預注漿和壁后注漿兩種。預注漿是在含水段未通過前，構筑止水墻，預埋孔口管，鉆孔注漿。壁后注漿是在巷道通過含水段，在其墻或拱部有出水點處注漿，以改善巷道施工條件和保護巷道壁。

1．6．2．3巷道通過含水巖層的施工安全措施

在含水巖層中掘進巷道時，要特別注意安全。在技術組織工作上除了根據巖層穩定情況采取相應的施工安全措施外，還應采取防水的有效措施。必須遵守安全規程和《礦山井巷施工及驗收規范》中對有關探水和放水的規定。