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金属矿山深部出水巷道收敛变形处理实践 ① 郑 璐， 竭宏亮， 钱国媛 （河钢集团矿业公司，河北 唐山 063000） 摘 要 对河钢集团矿业公司南区分公司 2＃副井-475 m 水平巷道收敛变形进行了治理。 采用止浆墙注浆治水，使巷道施工条件利 于后续支护；然后采取长管棚结合钢支架进行强力支护，并对围岩进行喷浆。 此方法在治理巷道涌水的同时有效完成巷道收敛变 形的控制，确保巷道的稳定性。 关键词 巷道； 收敛变形； 止浆墙； 注浆； 治水； 刚性支护 中图分类号 TD353文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253-6099.2018.02.007 文章编号 0253-6099（2018）02-0030-04 Practice of Convergent Deation Treatment for Deep Water Tunnel in Metal Mine ZHENG Lu， JIE Hong-liang， QIAN Guo-yuan （HBIS Group Mining Company， Tangshan 063000， Hebei， China） Abstract Measures had been taken for the convergent deation in 2＃auxiliary shaft at the level of -475 m of Southern District Branch of HBIS Group Mining Company， as follows firstly， grouting wall with cement was constructed to control water， so as to create conditions in the roadway facilitate the follow-up support measures； secondly， long pipe was adopted plus steel support， which brought in a strengthened supporting result； finally， the shotcrete technology was applied for the reinforcement of surrounding rocks. It is found that these measures have not only prevented water gush in the roadway， but also effectively controlled the convergent deation， ensuring the stability. Key words roadway； convergence deation； grouting wall； grouting； water-control； rigid support 金属矿山的地质条件一般较为复杂，尤其是深部 巷道掘进支护完成后，受地压及围岩性质等影响，可能 会出现一定的收敛变形情况。 这种情况一般采用强力 刚性支护配合喷浆进行处理。 但由于金属矿山巷道施 工中一般伴有涌水发生，水的存在会对收敛变形处理 造成影响。 河钢集团矿业公司南区分公司在施工 2＃副井 -475 m 水平巷道时发现前期施工巷道存在收敛变形 情况，决定在巷道变形严重的部位施工止浆墙，以抵抗 变形压力，并通过止浆墙对出水部位进行注浆作业，治 水完毕后破除止浆墙，进行长管棚、钢支架等支护，成 功避免了变形进一步扩大，并顺利通过了破碎带，可为 其他矿山处理出水巷道治理收敛变形提供参考。 1 工程概况 1.1 水文地质情况 根据目前已施工的巷道和地质报告判断，2＃副井 -475 m 水平的岩石大多为黑云变粒岩，深灰色，块状- 弱片麻状结构，主要矿物成分为长石、石英、黑云母，属 坚硬岩，岩石较稳定，局部破碎，层理、裂隙发育，并伴 有裂隙水，少量泥质充填，岩体级别为Ⅲ类。 -475 m 水平为深部构造裂隙含水带，此含水带由 古风化壳以下的断裂破碎带组成，包括断层带和断层 影响带。 1.2 收敛变形情况 2＃副井井下平巷及硐室工程-475 m 水平在施工 时发现已施工通过的破碎带两帮发生收敛变形，在破 碎粘泥带位置（F32 点前 122～147 m 位置）墙部收敛 变形严重，变形最大部位小于净断 400 mm，整个过破 碎带支护长度 23 m 都出现了不同程度变形。 同时在 工作面退后 6 ～ 10 m 部分位置出现了不同程度的涌 水，并且有浑浊现象，经测量涌水量为 30 m3／ h。 2 治理方案及实施 2.1 治理方案 治理出水巷道收敛变形的关键，一是治水，二是修 ①收稿日期 2017-09-09 作者简介 郑 璐（1985-），男，河北唐山人，工程师，主要从事工程管理相关工作。 第 38 卷第 2 期 2018 年 04 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №2 April 2018 万方数据 复巷道，前者是后者成功与否的关键。 参照隧道施工 经验，止浆墙技术既可以抵抗地压，也可以作为治水注 浆的保护屏障［1-3］。 经多方研究，决定采用先止浆墙 注浆治水，后施工长管棚、钢支架等刚性支护的方案处 理此次巷道收敛变形。 施工顺序为止浆墙施工→探 水钻孔施工→长管棚施工→止浆墙破除及钢支架 支护。 2.2 治理方案实施 2.2.1 止浆墙施工 本次止浆墙施工长度为 20 m，采用 C25 砼浇注， 采用袋装水泥作为止浆墙施工的挡墙［4］。 1） 挡墙施工。 由于本次止浆墙施工长度较长，为 此在中间每隔 5 m 施工一堵高 2.0 m 的挡墙，厚度为 0.6 m，最外面挡墙高度为 4 m。 挡墙随着止浆墙浇筑 高度及深度进行加高垒砌。 2） 引水管及充填注浆管安装。 由于在中间部位 有出水，在止浆墙施工前提前安装好引水管路，引水管 采用 2 根长 15 m 的 Ф108 mm 5 mm 无缝钢管，以及 6 根直径 100 mm、长 18 m 的黑胶管，无缝钢管后端焊 接高压法兰，并备好盲板。 充填注浆管采用1 根长12 m 的 Ф108 mm 5 mm 无缝钢管，后端焊接高压法兰。 排气管为 1 根直径 66 mm、长 21 m 的无缝钢管，在止 浆墙外侧顶部布置4 根长3 m 的 Ф40 mm 3.5 mm 注 浆管作为顶部封顶注浆用。 预埋管路的安装与止浆墙 施工同步进行。 止浆墙管路布置见图 1。 5000 3000 400 2800 3800 充填管 排气管 注浆管 引水管 引水软管 引水软管 图 1 止浆墙管路布置示意（单位 mm） 3） 止浆墙浇注施工。 在井口利用搅拌机配制 C25 混凝土干料，利用溜灰管将干料下放至-475 m 水 平，再将干料运至工作面，在工作面进行加水搅拌，最 后浇筑到止浆墙内。 本次止浆墙分为 4 段进行施工， 每段施工 5 m，每段施工高度为 2 m，前两段由于钢拱 架变形部位出水量较大，淋水分散，无法安装管路引 出，不能保证止浆墙浇筑质量，采用预留空间作为蓄水 池安装引水管，注浆充填。 后两段上部采用喷浆的方 式浇注到拱顶。 4） 止浆墙加固与空区充填注浆。 止浆墙养护期 间，对止浆墙的地板以及周边的混凝土收缩缝进行注 浆加固。 根据现场实际情况用 YT-28 钻机在止浆墙 上钻凿注浆孔，注浆孔沿止浆墙周边及出水部位布置， 采用单液浆和双液浆进行加固。 确保墙体周边与巷道 密封，不漏水。 止浆墙加固完成后，利用充填孔对止浆墙内的空 区进行注浆充填，采用单液浆进行充填，浆液浓度控制 在 0.8∶1（水∶水泥），充填连续进行，不能间歇，如遇特 殊情况不得不停止充填时，要提前进行清水充填 1 h 以上，以确保充填通路不被堵塞，影响充填施工。 止浆墙施工示意图如图 2 所示。 工作面 挡水墙 充填区钢支架段上浆墙 注浆管 排气管 充填管 挡水墙挡水墙挡水墙 引水管 20000 10000 23000 图 2 止浆墙施工示意（单位 mm） 2.2.2 刷 帮 由于钢支架支护段的断面比原巷道设计断面大， 管棚布孔施工位置在原设计钢支架断面外 200 mm，同 时考虑管棚安装以及潜孔钻机的运行空间，要对原设 计断面进行扩刷，即在原钢支架支护断面外增加厚 500 mm、长 6 m 扩刷，扩刷完成后对该部位进行喷浆 支护，支护厚度为 120 mm（即扩刷断面宽 6.66 m、高 5.53 m、墙高 2.2 m，断面 32.07 m2，支护 1.78 m3／ m）。 扩帮工程量 96.21 m3，支护工程量 10.7 m3。 2.2.3 长管棚钻孔施工 止浆墙充填完成后进行长管棚钻孔施工。 由于在 止浆墙中间部位有出水点，因此在长管棚施工前首先 要对出水部位进行注浆堵水施工。 先施工出水部位长 管棚孔，利用长管棚孔进行探水注浆封堵（长管棚孔 兼作注浆孔），同时底板增加注浆孔进行探水作业。 长管棚钻孔长 25 m，探水孔长 20 m，共布置 25 个 钻孔。 其中长管棚钻孔 23 个（内孔 11 个，外孔 12 个），采用 Ф76 mm 4 mm 钢管；注浆钻孔2 个（探1＃、 探 2＃，布置在底板）。 钻孔布置示意图见图 3。 钻孔开孔直径 130 mm，终孔直径 90 mm，钻孔布 置参数见表 1。 13第 2 期郑 璐等 金属矿山深部出水巷道收敛变形处理实践 万方数据 598 576 532 350 600600600 600 1000 1200 2200 1500 2000 1100 60602000 500 1100 1588 1982 外4 外3 外2 外1 内1 内7 内8 内9 内2 探1 探2 内10 内11 内6 内5 内3 内4 外5 外6 外7 外8 外9 外10 外11 外12 图 3 钻孔布置示意（单位mm） 表 1 长管棚钻孔布置参数 孔号 垂直角 ／ （） 水平角 ／ （） 距巷道中线 ／ m 距底板高 ／ m 备注 内 1＃0左 2.33.030.95 内 2＃0.1左 2.33.032.15 内 3＃0.9左 2.12.8133.324 内 4＃1.6左 1.62.164.323 内 5＃2.1左 0.91.1714.993 内 6＃2.3005.23 内 7＃2.1右 0.91.1714.993 内 8＃1.6右 1.62.164.323 内 9＃0.9右 2.12.8133.324 内 10＃0.1右 2.33.032.15 内 11＃0右 2.33.030.95 外 1＃ -0.8 左 4.63.030.35兼探孔 外 2＃0左 4.63.031.55兼探孔 外 3＃0.8左 4.52.982.748 外 4＃2.5左 3.82.5363.856 外 5＃3.8左 2.61.6984.707 外 6＃4.5左 0.90.5975.169 外 7＃4.5右 0.90.5975.169兼探孔 外 8＃3.8右 2.61.6984.707兼探孔 外 9＃2.5右 3.82.5363.856 外 10＃0.8右 4.52.982.748 外 11＃0右 4.63.031.55兼探孔 外 12＃ -0.8 右 4.63.030.35兼探孔 探 1＃ -8.1 左 1.31.10.5 探 2＃ -8.1 右 1.31.10.5 钻孔孔口管 Ф108 mm 4.5 mm， 上端焊有高压法 兰，长 4 m，埋入 3.5 m。 钻孔前在扩刷部位设置钻机平台，提前牢固安装 钻机设备，并及时搭设铺设木板的操作平台以方便工 人施工。 平台搭设完成后进行注浆孔及长管棚孔施 工［5］，长管棚采用 Ф76 mm 4 mm 钢管，施工长度为 25 m，具体步骤如下 1） 提前放好腰线及中心线，根据设计图纸标定好 长管棚以及注浆孔的施工位置，利用潜孔钻进行开孔， 预埋孔口管，孔口管采用 Ф108 mm 4.5 mm 无缝钢 管，长度为 3.5 m，埋深 3.0 m。 2） 埋设完孔口管后进行钻孔施工，先施工注浆治 水钻孔及治水用长管棚孔，再施工其他长管棚孔，待钻 孔施工到设计位置后，安装长管棚，最后进行注浆固结 钢管。 2.2.4 注 浆 注浆参数要依据现场情况及时调整。 根据工程实 际，注浆参数如表 2 所示。 表 2 注浆参数 注浆材料参数备注 水泥P.O.42.5普通硅酸盐水泥 水玻璃30～40 Be′模数 2.3～2.8 水灰比2.5∶1～0.8∶1 VC ∶VS1∶1～1∶ 0.5据实调整 终压10 MPa 压水试验压力12 MPa 注浆前进行压水试验（或注水试验），用高压方式 把水压入钻孔中，根据岩体吸水量计算岩体裂隙发育 情况和透水性。 根据压水水头、试段长度和稳定渗入 水量，可以判定岩体透水性的强弱，为注浆提供参考依 据［6］。 注浆过程中浓度要先稀后浓，逐级调节。 浆液浓 度调配见表 3。 表 3 浆液浓度调配 单位钻孔吸水量 ／ ［L（minm） -1 ］ 浆液的起始浓度 水泥单液浆水泥-水玻璃双液浆 1.52.5∶1 3.02∶1 5.01.5∶1 7.01.25∶1 8.01.25∶1 9.01∶1 11.00.8∶1 13.00.8∶1 体积比 1∶1～1∶ 0.2 在注浆过程中如出现不升压时要逐渐加大浆液浓 度，反之应逐渐降低浆液浓度；每一种浓度的浆液注入时 间应不低于15 min；单位钻孔吸水量小于 7 L／ （minm） 时，采用单液浆，反之采用双液浆；单孔单液浆注入量 大于 15 m3时，须采用双液浆。 2.2.5 止浆墙破除及钢支架支护 长管棚施工完成后进行止浆墙破除，同时进行钢 支架支护［7］。 23矿 冶 工 程第 38 卷 万方数据 止浆墙破除时注意先利用风镐以及耙渣机清理注 浆治水时返浆料产生的水泥硬块以及渣石碎块，确保 巷道掘进底板完全露出。 之后利用 YT28 风动凿岩机 进行凿岩爆破。 由于砼内管路、原有钢支架、钢筋等预 埋件较多，采用分层爆破，控制好装药量。 排矸采用耙 渣机结合人工的方式进行，在排矸过程中，现场要配备 一名气焊工，对爆破出的管路、锚杆、钢支架、钢筋等预 埋件进行割除，保证排矸工作顺利进行。 把割下来的 管路、锚杆、钢支架、钢筋等预埋件及时装入坑下翻斗 车运到井口内，利用罐笼提升到井口，严禁将管路等预 埋件倒入溜井内。 破除止浆墙时应观察工作面的出水 情况，如水量有变大的现象，应分析水量来源，确保安 全后方可继续施工。 止浆墙每破除 1～1.5 m 及时进行钢支架支护，确 保掘进过程中施工安全。 3 结 语 2＃副井-475 m 水平巷道收敛变形段处理完毕后 及时进行了验收。 经现场查验，收敛变形并无扩大迹 象；巷道两帮及顶板没有明显出水点，采用巷道容积法 一昼夜测水 3 次，测得巷道涌水量为 1 m3／ h。 此处理 方案的成功实施可得出如下结论 1） 金属矿山深部巷道出现收敛变形情况要先行 治理巷道涌水，治水顺利是后续补充支护施工的关键。 2） 宜采用止浆墙治水法，此法可在确保安全的情 况下抵抗地压并顺利进行注浆作业。 3） 收敛变形可采用钢支架结合长管棚、喷浆等刚 性支护，在封闭围岩的同时有效防止其进一步变形。 参考文献 ［1］ 陈佃浩，李廷春，吕学安，等. 弱胶结软岩地层相邻大断面巷道合 理间距研究［J］. 矿冶工程， 2016（4）16-20. ［2］ 朱梦博，王李管，张 炬. 基于应力集中系数的巷道断面优化及支 护研究［J］. 矿冶工程， 2016（3）17-20. ［3］ 杨 平，徐春生，王青振，等. 高承压突水点无压注浆封堵技术研 究与应用［J］. 煤炭工程， 2013（9）36-37. ［4］ 王田民. 基于止浆墙加固防水技术的破碎塌方带处理［J］. 现代 矿业， 2015（6）161-162. ［5］ 黎爱清，吕秀华. 长大管棚施工工法［J］. 西部探矿工程， 2003 （12）80-81. ［6］ 崔云龙. 简明建井工程手册［M］. 北京煤炭工业出版社， 2003. ［7］ 刘 涛，李建壮，王兴亚. 管棚与钢支架联合支护在穿越破碎带巷 道中的应用［J］. 采矿技术， 2017，17（2）26-27. 引用本文 郑 璐，竭宏亮，钱国媛. 金属矿山深部出水巷道收敛变形 处理实践［J］. 矿冶工程， 2018，38（2）30-33. �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 29 页） ［2］ 程 健，张钦礼，薛希龙，等. 基于 AHP 和 TOPSIS 法的采场结构 参数优化研究［J］. 矿冶工程， 2014，34（1）1-5. ［3］ 王洪武，吴爱祥，杨仕教，等. 基于 GA-模糊可靠度的采场结构参 数优化设计［J］. 武汉理工大学学报， 2010（9）89-92. ［4］ 汪 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