矿建工程中破碎围岩硐室围岩控制技术研究

谈捷

摘 要：近年来，随着我国铁矿资源的大力开采，矿产资源深度不断增加，矿产浅部资源逐渐枯竭，故而地下硐室开采建设施工也日益増多。然而，由于地下硐室围岩地质条件过于复杂、构造应力相对较大等不确定因素增加，矿产资源地下硐室稳定受到严重影响。大型硐室群的稳定性受损，则会造成一定灾难，影响矿建工程施工作业。本文以A矿区为研究背景，通过现场勘测结合理论性知识，对矿建工程中破碎围岩硐室围岩的稳定性进行系统研究，分析了矿区地质结构、构造应力和硐室稳定性。

关键词：矿建工程;破碎围岩;硐室围岩

中图分类号：TD354 文献标识码：A 文章编号：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，我國铁矿资源开采力度加大，开采条件较好的铁矿资源接近枯竭，人们不得不将铁矿资源开采范围加深。伴随铁矿资源开采深度的增加，铁矿资源开采设备高度趋于机械化、重型化，导致深度硐室围岩应力相应加大，围岩层内部变形严重[1]。本文通过A矿区施工的实际情况，全面分析围岩层内部变形原因。通过结合理论知识及其现场施工情况来探究硐室围岩层变形的主要原因。同时，根据变形原因，合理分析围岩层稳定控制的原理，有效提出解决方案，以保证A矿区围岩层施工安全高效进行。

1 矿建工程中破碎围岩硐室围岩现状

1.1 矿建工程中破碎围岩硐室围岩背景

我国矿产资源储量大，资源种类丰富。但是，我国矿产资源特点是浅部矿产资源少，深部矿产资源较多，导致长期以来矿产资源开采成本高、难度较大等问题。作为国民经济的重要部分，矿产工业的发展关乎着我国国民经济是否稳定地向前发展，因此，我国高度重视矿产资源开发。然而，近几年，我国经济发展迅速，矿产资源需求量过大，矿产资源开发越来越多，许多开采条件较好、易开采的浅层资源已经接近枯竭。为了适应市场需求，我国努力探寻新的资源。随着矿产资源勘测技术的不断进步，我国矿产资源开发不断向深部发展，深部矿产资源也不断被发现和开采。

1.2 矿建工程中破碎围岩硐室围岩研究意义

近年来，矿产资源逐步向深部开采，矿石的开采费用随之增高，开采成本日益增加。伴随着我国矿产资源不断向深部发展，矿产资源开采给周围环境也带来负面影响，矿产开采与生态发展相互冲突。在我国资源保障体系中，深部矿产资源的开采占有很大影响。如果大型矿产深部资源依然采用传统开采方式，那么大量的排土场及尾矿库将加速生态环境、人文环境的不断恶化。因此，深部矿产资源开采应打破常规，破旧革新。面对这些问题，本文以A矿区开采工程为背景目标，通过现场调查、测试等手段，对深部矿产资源开采进行稳定性分析，为以后类似深部矿产资源提供参考资源。

1.3 矿建工程中破碎围岩硐室围岩研究内容

本文以A矿区工程背景，通过现场地质调查，收集相关数据，进行全面系统性分析研究，利用水压致裂进行地应力测试，获得A矿区应力分布规律，对A矿区硐室围岩层开挖高度稳定性的影响进行研究，为下一阶段的工程施工提供一定的技术指导。

2 深度资源开采问题分析

2.1 A矿区硐室围岩地质围岩稳定性差

从现场勘测来看，A矿区位于东南位置，矿区内部地质构造相对复杂，砾岩层内含有裂隙水。该矿区共发育5条断层，区域构造断裂发育。A矿区东南方向地势较高，雨季容易形成大面积地表汇水。A矿区有地表径流，其走向与山丘间沟谷基本一致。汛期，河水水位暴涨，枯水期，河水流量很少。A矿区主矿体的顶板主要为钙质黏土、白云质灰岩、泥质灰岩等，山矿体以疏松块状、粉状为主，比较松软，稳定性差。

2.2 A矿区硐室围岩构造有效应力减小

由于地震的作用，地壳中断层发生运动，对断层的受力特性影响很大。相对于A矿区断层区域破碎的围岩来说，地表水有可能通过各种途径渗入地壳各部的断层，地下水渗入断层的破碎介质中会产生孔隙压力，使得岩体的有效应力减小，有效围压降低，岩体有效强度降低。地下水不断运动，容易与围岩岩体结构面中夹杂的物质产生水化作用而泥化，不同程度地弱化了岩石的力学性质，减小岩体之间的摩擦力，减小断层面上的剪切应力与岩体强度。同时，随着断层区域裂隙水压力的不断增大，围岩自重加大，超出原本可承受的范围，最终引起各种地质灾害。

2.3 A矿区硐室围岩变形原因

在A矿区开采过程中，边墙变形基本持续保持增加状态。主要原因是边墙开挖，对顶拱上部围岩形成明显的“拱”效应，导致围岩变形减小。这与很多地下硐室群开挖过程中变形的监测规律基本一致，随着后期开挖的持续进行，顶拱再次出现下沉，但是变形基本保持稳定[3]。而硐室开挖过程中，边墙变形基本上持续增加，直至开挖结束。随着开挖深度的增加，硐顶切向应力将由拉应力转化为压应力，压应力逐漸增大，使得拱顶的围岩应力得到一定改善，而拱部刚开挖时，硐室围岩本身所具有的裂隙或爆破产生的裂隙可能使得不稳定性区域的矿体发生破碎，致使整个围岩硐室遭到变形破坏。

3 硐室围岩控制方案

3.1 地质稳定性加固方案

围岩破碎的回采进路进行支护加固。底板反底拱的施工可在顶、帮基本稳定后实施。将底板弯成弧形结构，并铺设钢筋网，保证其与帮部喷网层搭接起来，与帮部连接成整体，然后浇灌混凝土形成反底拱结构，并铺设素混凝土。施工中要求“短掘短支”，严格控制循环进尺并及时完成初次支护。掘进循环进尺控制在700 mm左右并与型钢支架排距基本一致[4]。掘进达到型钢支架排距时，及时架设型钢支架，支架全断面架设，在棚后铺设钢筋网并进行喷浆封闭，然后在棚外铺设一层钢筋网，同时预埋充填注浆管。由于该类型进路围岩较为软弱、容易破碎，因此，施工时尽量减少每循环装药量，以减轻对围岩的扰动。喷浆完成后，要求对硐室壁后进行注浆。注浆管集中注浆过程中，应注意保证注浆充填密实，提升壁后注浆的加固作用，充分改善钢支架的承载性能，使得钢支架受力均匀。当型钢架设4排以上并完成壁厚充填注浆后，要及时浇筑底板。

3.2 应用地应力测量

人们要根据地质构造和井下岩体破坏状况提供的信息来确定应力方向。油田施工中所用水压致裂法相对简单实用，该方法被大量应用于水电工程和矿石工程中[5]。而在矿建工程破碎围岩硐室围岩的地应力测试中，水压致裂法也被应用。水压致裂法测量简单，设备易操作，测量数值便于观测，十分实用。

3.3 矿区硐室围岩变形分析

在不同工况下（硐室一次性开挖、层间不同高度），各硐室的变形程度（单位：mm）如表1所示。

如表1所示，尽管硐室开采层间的高度不尽相同，但是每个层间的硐室变形程度都在20～30 mm，半自磨硐室顶拱变形程度为23.77 mm左右，磨选硐室顶拱变形程度大约为22 mm，精矿浓缩及泵站硐室顶拱变形为21 mm左右，尾矿浓缩硐室顶拱变形程度为26 mm左右，尾矿给料及泵站硐室顶拱变形程度为28 mm左右。每个层间边墙变形程度为10～20 mm，半自磨硐室边墙变形程度为18 mm左右，磨选硐室边墙变形程度为16 mm左右，精矿浓缩及泵站硐室边墙变形程度为14 mm左右，尾矿浓缩硐室边墙变形为14 mm左右，尾矿给料及泵站硐室边墙变形为19 mm左右。开挖数据表明，矿建工程中，破碎围岩硐室围岩的开挖深度越大，变形范围越大。为增强破碎围岩硐室围岩的稳定性，人们要减小破碎围岩硐室围岩深度，有效预防破碎围岩硐室围岩边墙变形。

4 结论

近些年，我国大力开采铁矿资源，浅部矿产资源逐渐枯竭，矿产资源深度不断增加，故而地下硐室开采建设施工也日益増多。然而，地下硐室围岩地质条件过于复杂，构造应力较大，严重影响地下硐室稳定。本文借鉴前期经验，以A矿区实际现场开采为例，对矿建工程中破碎围岩硐室围岩深部开采进行全面研究，进一步提升破碎围岩硐室围岩的稳定性，以推进破碎围岩硐室围岩建设。

参考文献：

[1]吴运杰.高地应力隧道岩爆破坏机理及硐室稳定性研究[D].北京：北京交通大学，2019.

[2]鹿利恒.恒源煤矿深井大断面硐室围岩稳定性控制技术研究[D].北京：中国矿业大学，2019.

[3]杨计先.井底巷道硐室群破坏机理及综合加固技术研究[J].煤炭科学技术，2019（4）：69-77.

[4]杜洋.超大断面硐室安全维控技术的研究与应用[J].山东工业技术，2019（8）：90-91.

[5]田波.注浆加固破碎围岩技术分析与应用[J].煤矿现代化，2019（1）：19-21.