閉敏學(xué)，莫俊暉

(廣西錫山礦業(yè)有限公司，廣西南寧 530022)

1 礦區(qū)概況

1.1 地質(zhì)概況

廣西大新下雷錳礦床規(guī)模宏大，礦體呈東西走向延伸9 km，沉積于褶皺基底之上。礦床為淺海相沉積，區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖比較發(fā)育，呈層狀脈狀條帶狀產(chǎn)出，鑲嵌在硅質(zhì)巖中，在地下水的作用下，廣泛形成巖溶裂隙及小型溶洞，加之礦體形態(tài)受控于區(qū)域性大褶皺，礦體形態(tài)較復(fù)雜，受構(gòu)造影響較大，構(gòu)造裂隙相當(dāng)發(fā)育，局部地段巖層產(chǎn)狀很不穩(wěn)定。

下雷錳礦床的巖石類型主要有硅質(zhì)巖、硅質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r。在泥盆系中，統(tǒng)東崗嶺和上統(tǒng)榴江組之間有80～200 m不等的風(fēng)化帶，主要巖性為硅質(zhì)泥巖，呈黃褐色、棕褐色及紫紅色，風(fēng)化程度較大，走向 260(°)～290(°)，并時(shí)常伴有裂隙水，該風(fēng)化帶平行礦體沿脈外延伸，因而在掘進(jìn)脈外運(yùn)輸巷及相關(guān)工程時(shí)，常常會(huì)遇到此類含水風(fēng)化軟巖。280中段礦區(qū)地層平面示意如圖1。

硅質(zhì)泥巖是一種典型軟巖。按地質(zhì)學(xué)的巖性劃分，地質(zhì)軟巖是指強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層，該類巖石多為泥巖、頁巖、粉砂巖和泥質(zhì)砂巖等單軸抗壓強(qiáng)度小于25 M Pa的巖石。按巷道施工的地質(zhì)條件劃分，軟巖一般指巷道和隧道施工中常遇到的各種含粘土的巖石，如泥巖或粘土巖、粘土頁巖、泥質(zhì)板巖等。

圖1 280中段礦區(qū)地層平面

泥巖中含有大量(50%～70%以上)顆粒＜0.005 mm的粘土。粘土的礦物成份有高嶺土、伊利石或水云母和蒙脫石等。泥巖容重較輕、孔隙率大、含水量較高、單軸抗壓強(qiáng)度較低、彈漠低、泊松比高，而且蠕變性強(qiáng)，在低應(yīng)力條件下就可以發(fā)展到不穩(wěn)定蠕變。隨著含水量的改變，泥巖物理性質(zhì)隨著改變。軟巖的膨脹性主要來自蒙脫石，蒙脫石含量越高，膨脹性就越強(qiáng)烈。泥巖容易風(fēng)干，置于水中幾天甚至幾小時(shí)就會(huì)崩解，且部分泥巖風(fēng)干后再遇水有膨脹性，而高嶺土和伊利石膨脹微弱。所以如果巷道底板賦存泥巖，將表現(xiàn)為強(qiáng)烈的底鼓現(xiàn)象，若巷道四周都是泥巖，則各個(gè)方向都將產(chǎn)生較大的塑性變形、蠕變形，甚至膨脹變形直至開裂等，給巷道維護(hù)帶來較大的困難。

1.2 施工存在的問題

廣西大錳大新分公司60萬t/a地采工程280中段在基建開拓階段施工過程中常遇到風(fēng)化硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖等巖層。尤其是從11a號(hào)勘探線起往東直至280排水平硐硐口，全長4 068 m，該段幾乎都是此類巖性。巷道頂板極不穩(wěn)固，巷道爆破后常存在超挖現(xiàn)象，巷道兩幫和頂板都有不同程度的塌落，出渣過程中也存在很大的困難，工作面就如同漏斗口，渣量出得越多，巷道上方的巖層塌落量越多，形成的空區(qū)越大，給掘進(jìn)和支護(hù)帶來極大的難度。工作面常因?yàn)榇祟悊栴}停滯不前，嚴(yán)重影響了基建的進(jìn)度，而且存在很大的安全隱患。

2 影響軟巖巷道支護(hù)的因素

通過分析研究礦區(qū)施工中遇到的支護(hù)難題，整理得到了影響軟巖巷道支護(hù)的7個(gè)關(guān)鍵因素。

2.1 采動(dòng)壓力影響

1)受采動(dòng)壓力影響，巷道破壞速度快，當(dāng)巷道支護(hù)承載達(dá)到極限時(shí)，可在2個(gè)月內(nèi)使巷道無法正常運(yùn)輸[1]。

2)巷道破壞嚴(yán)重，有時(shí)很難分清頂、幫、底哪部分先被破壞。

3)由于軟巖在宏觀上具有一定的流體特征，所以受采動(dòng)壓力的影響較工作面下部的巷道更嚴(yán)重，巷道破壞區(qū)域總體偏下。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造因素的影響

1)巷道圍巖主要以風(fēng)化泥質(zhì)巖為主，呈薄層狀、間層狀、夾層狀等，層理膠結(jié)程度差，結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率高，對(duì)外界環(huán)境破壞承受能力差。

2)斷層構(gòu)造影響。通過斷層的巷道在開拓時(shí)壓力大，變形大，難以維護(hù)，卸壓后，在一段時(shí)間內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，一旦支護(hù)體破壞后，巷道變形很快，在斷層下盤容易發(fā)生局部冒頂，沿?cái)鄬泳蜻M(jìn)的巷道，靠斷層側(cè)巷幫變形特別嚴(yán)重。所以斷層或者斷層附近的巷道，應(yīng)盡量避免采用掛網(wǎng)錨噴支護(hù)方式，而要采用鋼棚支護(hù)、料石碹支護(hù)或混凝土灌注支護(hù)，靠斷層側(cè)宜采用弧形斷面[2]支護(hù)。

2.3 水的影響

礦區(qū)主要位于碳酸鹽及硅質(zhì)酸鹽覆蓋區(qū)，由于礦區(qū)內(nèi)褶皺斷層等構(gòu)造較發(fā)育，巖層及礦層受構(gòu)造影響程度較大，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)裂隙水也較為發(fā)育，在碳酸鹽鈣質(zhì)含量較高的局部地段，在裂隙水的作用下極易形成小型溶洞，巷道掘進(jìn)過程中遇到此類型裂隙或溶洞，常常具有突水現(xiàn)象，掘進(jìn)面突水量在短時(shí)間內(nèi)非常大，水壓較大導(dǎo)致水噴射而出，加之圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，巷道開挖后一段時(shí)間便會(huì)開始冒落并發(fā)生片幫，情況嚴(yán)重者甚至還會(huì)引起塌方[3]。

2.4 環(huán)境因素影響

1)露采爆破震動(dòng)的影響。5a號(hào)勘探線以西因露采尚未結(jié)束，局部已經(jīng)采到370水平，露采爆破產(chǎn)生的地震對(duì)巷道有一定影響。

2)采空區(qū)影響。5a～0號(hào)勘探線長度近1 000 m，該段采空區(qū)遍布，其產(chǎn)生的應(yīng)力和疊力對(duì)巷道產(chǎn)生地破壞較為嚴(yán)重。該段是采用短掘短支的施工方法，支護(hù)規(guī)格要求為：直墻拱形現(xiàn)澆厚300 mm、C20強(qiáng)度混凝土、配抗震鋼筋(網(wǎng)度要求為200 mm×200 mm，其中橫筋φ=12 mm、豎筋φ=18 mm)。但巷道依然破壞嚴(yán)重。通過在巷道20個(gè)收斂變形觀測點(diǎn)4個(gè)多月跟蹤觀測結(jié)果，收斂變形最大值為142 mm，最小值為20 mm。以4a號(hào)勘探線觀測點(diǎn)為例，觀測結(jié)果如圖2。

圖2 4a號(hào)勘探線觀測點(diǎn)收斂變形變化觀測情況

2.5 施工質(zhì)量因素影響

1)爆破掘進(jìn)中的錯(cuò)誤操作。未按光面爆破中多打眼、少裝藥的原則實(shí)施，造成圍巖自身的抵抗強(qiáng)度受損。

2)巷道超挖欠挖，成形不好。

3)巷道冒頂、片幫及超挖的空腔未能按要求回填。

4)混凝土澆注振動(dòng)不到位。

2.6 爆破震動(dòng)對(duì)巷道的影響

爆破產(chǎn)生的爆轟波對(duì)圍巖支護(hù)體產(chǎn)生震動(dòng)沖擊作用，巷道側(cè)幫產(chǎn)生壓應(yīng)力集中，巷道頂板出現(xiàn)拉應(yīng)力作用，易引起拉伸破壞，當(dāng)巷道支護(hù)體承載接近極限時(shí)，經(jīng)多次震動(dòng)沖擊，使本來顯得較為脆弱的支護(hù)體迅速破壞，巷道變形失修，這與在巷道實(shí)際觀察到的破壞現(xiàn)象相符合[4]。

2.7 圍巖靜壓力因素影響

巷道支護(hù)體的破壞總是從強(qiáng)度最脆弱的地方開始的。巷道所地處地層越深，所受圍巖靜壓就越大；巷道在不受其他因素影響情況下，其四周圍巖靜壓力是均勻的，而軟巖本身的承載能力差，一旦巷道支護(hù)體破壞失效，巷道變形就急劇加速[5]。

3 結(jié)語

影響軟巖支護(hù)的因素很多。在施工過程中應(yīng)分析原因，綜合考慮，采取針對(duì)性措施，嚴(yán)格的施工管理，避免多次返修對(duì)圍巖的破壞，才能為軟巖支護(hù)創(chuàng)造有利條件。

[1]陳懷利，張海軍，陳仲杰.金川二礦區(qū)受采動(dòng)影響巷道的變形特征及支護(hù)探討[J].采礦技術(shù)，2007，7(4)：19-20.

[2]尹站穩(wěn)，軒艷偉，蔣佳政.斷層構(gòu)造帶高應(yīng)力軟巖巷道支護(hù)技術(shù)研究[J].中州煤炭，2012，21(3)：1-3.

[3]王榮庚.廣西大新錳礦巖溶裂隙水形成機(jī)理及力學(xué)性質(zhì)分析與研究[J].中國錳業(yè)，2010，28(4)：27-29.

[4]劉煒，宋衛(wèi)東，趙炳祁，等.爆破震動(dòng)對(duì)巷道穩(wěn)定性影響研究[J].金屬礦山，2010，16(1)：28-30.

[5]劉高，王小春，聶德新.金川礦區(qū)地下巷道圍巖應(yīng)力場特征及演化機(jī)制[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，2002，13(4)：40-45.