地质构造带巷道动态化施工方法的探讨.doc

地质结构带巷道动态化施工方法探讨

陈强威
[皖北煤电集团刘桥第一煤矿,安徽 淮北 235159]

摘 要 断层带、 淋水带及破碎带是巷道支护施工中难度很大、 轻易出现事故地段。结合刘桥一矿Ⅱ66回风下山过DF20断层施工实例, 采取基础地质条件监测、 施工监测监控等方法手段, 经过数据分析处理, 将处理结果动态反馈于施工过程中, 实践论证巷道动态化施工。动态化施工在巷道穿越地质结构带施工指导中取得了显著效果。
关键词 地质结构 巷道 动态化施工
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1 引 言

巷道在施工过程中, 常常碰到断层带、 淋水带及破碎带等不良地质现象, 它分布区段是巷道围岩不稳定区段之一。在多数情况下, 地质结构带是作为一个低强度、 易变形、 透水性大、 抗水性差软弱带存在, 与其两侧岩体在物理力学特征上含有显著差异。
巷道在穿越地质结构带时, 因为岩层地质成因复杂, 地质条件含有突变性, 施工事故也含有突发性。在地质结构带进行巷道施工时, 仅靠常规施工技术和施工方法是极难克服巷道片帮、 底臌、 突水等地质灾难。所以, 施工除了遵守通常技术要求外, 还应采取针对性较强动态化施工方法。

2 动态化施工方法

巷道施工过程中, 经过现场地质素描、 监测监控, 以及超前地质预报取得数据资料, 然后以这些现场资料为依据反馈于施工, 支护参数修改中, 确定更符合围岩动态支护参数, 并指导施工, 此过程即为地质结构带巷道动态化施工（如图1所表示）。

图1 巷道动态化施工步骤图

3 应用举例

3.1 基础地质资料
Ⅱ66回风下山位于刘桥向斜结构西翼, 总长620m。巷道掘进中穿过断层 DF20∠70°H=0～20m, 局部有伴生小断层2条, 受其影响, 断层破碎影响带宽度约为l03 m, 属带性断裂。断层破碎带内为断层泥、 碎块岩及片石等, 断层涌水量在5～6m3/h, 其关键为断层内砂岩裂隙水, 含有主断层面较宽、 断层泥较厚、 富水、 节剪发育、 岩体破碎、 局部有拖拉和牵引现象等特征, 其巷道断层剖面素描如图2所表示。

图2 巷道断层剖面素描
3.1.1 围岩周围位移量监测
因为巷道处于断层破碎带地段, 测站布设数量和观察频率应在相关规范及施工需要基础上加大, 在DF20断层及其破碎带, 共设置了4个周围位移量测站, 根据十字布点法布点, 观察频度先期天天一次, 后期依据观察结果合适延长。
3.1.2 拱顶下沉量监测
在断层破碎带地段, 因为岩体软弱, 且极破碎, 顶板易出现下沉,所以,这项监测显得更为关键。在DF20断层及其破碎带, 一样共部署4个断面进行拱顶下沉监测。
3.2 数据分析
3.2.1监测资料分析
（1）巷道周围位移分析:
在Ⅱ66回风下山断层破碎带, 其围岩稳定程度分为3个阶段:
① 急剧变形阶段: 关键发生在巷道掘后10天内, 因为围岩为线弹性介质, 考虑到围岩—喷射混凝土之间相互作用, 及其空间效应影响, 围岩发生急剧变形, 其变形量占总变形量50%以上。
② 缓慢增加阶段: 伴随喷射混凝土硬化, 对围岩部分荷载有支撑作用, 同时, 锚杆限制了隧道围岩收敛变形, 收敛变形逐步减小, 该阶段收敛速率为1mm／d左右。
③ 基础稳定阶段: 断面收敛变形速度趋缓, 当断面收敛速率靠近于O.2 mm／d。
（2）拱顶下沉量分析:
在DF20断层及其破碎带, 从顶板下沉关系曲线来看, 与围岩周围位移改变趋势相同, 早期下沉量十分显著, 后期逐步趋于稳定。如图3所表示。

图3 围岩变形位移—时间关系曲线
3.2.2 观察数据反馈应用
依据观察结果绘制位移—时间关系曲线, 掌握围岩随时间变形规律, 指导施工, 确定二次支护时间。经过图3能够看出, 在当巷道顶、 帮围岩变形分别达成100mm和160mm时, 围岩变形趋于稳定, 此时为二次支护最好时间。假如位移—时间曲线连续2次发生突变, 则表明围岩受扰动范围较大, 仅靠简单支护难以处理围岩稳定问题, 这时应采取特殊处理方案进行支护。
3.3 施工方法及方法
3.3.1 施工方法
经过断层带时, 采取风动工具掘进, 采取台阶式施工方法, 以基拱线为界, 分为上、 下两个台阶, 首先施工基拱线以上, 再施工基拱线以下。循环进度800mm, 上部超前下部施工两个循环进度。各部开挖后立刻初喷混凝土封闭围岩, 初喷厚度30mm, 并立刻进行首次支护。
3.3.2 支护方法
采取锚、 网、 喷+锚索+锚注联合支护技术, 支护形式如图4所表示。

图4 DF20断层支护断面示意图
（1）首次支护
采取直径20mm、 长2400mm螺纹钢锚杆, 间排距为600×600（mm）, 树脂锚固剂全长锚固, 锚固力大于120kN。金属网为6#钢筋焊接编制方格网, 规格为1000×1000（mm）和1000×（mm）。二次喷射混凝土厚度为l00mm。
（2）二次支护
待巷道顶、 帮围岩变形分别达成100 mm和160 mm时, 采取高强度、 小孔径预应力锚索加强支护。锚索长6m, 设计锚固力为280 kN, 初锚力为120～150 kN, 间排距为×（mm）, 锚索托盘用长500mml2#槽钢制成。三次喷射混凝土厚度为100mm。
（3）锚注
锚索加强支护完成后, 立刻进行锚注支护。注浆锚杆采取20kN以上预紧力端锚内注浆锚杆, 长度2.6m, 锚注间排距为1500×1500（mm）; 注浆浆液为CS浆(水泥+水玻璃), 水泥为425一般硅酸盐水泥, 水灰比为l︰l, 水玻璃模数为2.4～2.8, 浓度35～45Be′。水泥浆与水玻璃体积比为l︰0.6～l︰l。注浆压力1.5～2MPa。

4 结 语

巷道动态化施工, 尤其是断层及其破碎带动态化施工对确保施工顺利进行, 降低重大安全事故发生起了主动作用, 真正做到动态施工过程及围岩性态全程监控。应该看到, 与国外相比, 设计中因为荷载不明、 围岩参数不清、 支护设计参数片面套用规范, 存在一定盲目性。施工中围岩动态信息反馈技术差, 预报正确率较低。所以, 在以后巷道动态化施工中, 应加强信息采集及反馈技术研究, 深入加强超前地质预报技术。

作者介绍 陈强威 男, 1983年出生, 安徽太湖人, 毕业于太原科技大学机械设计及其自动化专业, 现在皖北煤电集团企业刘桥一矿技术科从事技术管理工作。

（收稿日期: -07-16; 责任编辑: 王方荣）