付宗智

（長沙有色冶金設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410019）

1 礦山支護(hù)設(shè)計和管理現(xiàn)狀

現(xiàn)在的礦山支護(hù)設(shè)計流程為，在進(jìn)行施工圖設(shè)計時，設(shè)計人員根據(jù)初步設(shè)計的方案，向業(yè)主提交主要井巷工程的工勘任務(wù)書，業(yè)主委托有資質(zhì)的勘察單位進(jìn)行工程勘察并提交合格的勘察報告，設(shè)計人員根據(jù)勘察報告揭露的圍巖情況進(jìn)行支護(hù)設(shè)計[1]。在實際操作中，主副井、風(fēng)井、溜破系統(tǒng)等工程都是立體工程，工勘孔布置方便，能夠得到詳細(xì)的勘察報告，設(shè)計人員根據(jù)報告中的圍巖參數(shù)，能夠進(jìn)行精確的支護(hù)設(shè)計。但對于斜井、斜坡道、中段車場、運(yùn)輸平巷等平面跨度較大的工程，很難布置工勘孔進(jìn)行勘察，在實際設(shè)計中，只能根據(jù)已有的工勘孔資料，結(jié)合礦區(qū)詳查報告等資料對巷道所在地層進(jìn)行分析，推斷出大概的圍巖參數(shù)，然后根據(jù)推斷的圍巖情況進(jìn)行支護(hù)設(shè)計。

在施工過程中，施工單位根據(jù)設(shè)計的支護(hù)方式編制施工組織設(shè)計，進(jìn)行人員、材料、設(shè)備的準(zhǔn)備，但施工揭露的圍巖狀況和設(shè)計推斷的圍巖狀況往往差距較大，若不能及時對支護(hù)設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，容易造成冒頂、停工等事故。但設(shè)計人員在現(xiàn)場調(diào)整周期長，影響施工進(jìn)度。施工管理人員掌握基本的支護(hù)知識，根據(jù)設(shè)計的原則及時調(diào)整支護(hù)方式，能加快施工進(jìn)度，節(jié)省工程費(fèi)用。

2 幾種礦山常見巷道斷面的使用情況

斷面凈寬B0=3m，B0=5m和B0=10m是有色礦山中最常見的三種斷面形式。3m寬斷面為單軌運(yùn)輸巷道、聯(lián)絡(luò)道、回風(fēng)巷道、串車斜井的主要斷面形式。5m寬斷面主要應(yīng)用在雙軌運(yùn)輸巷道、調(diào)車場、無軌斜坡道、水泵硐室、蓄電池電機(jī)車充電硐室、配電硐室、避難硐室等井巷工程中。10m寬巷道主要運(yùn)用在提升機(jī)硐室、破碎硐室等工程中[2]。在實際設(shè)計中，因礦山的規(guī)模、設(shè)備的型號有所變化，導(dǎo)致巷道的斷面形式各不相同，在本文中列出最常見、有色礦山中使用頻率最高的幾種斷面進(jìn)行受力分析和支護(hù)研究。

3 巷道斷面的受力情況分析

因地下礦山的運(yùn)輸巷道，一般埋深都遠(yuǎn)大于2.5倍的荷載等效高度，在本文中對斷面進(jìn)行受力分析時，都按照深埋隧道計算圍巖壓力。此時，圍巖壓力按松散壓力考慮，其垂直均布壓力可按下式確定：

其中：qv—垂直均布壓力；γ—圍巖重度

h—荷載等效高度；S:圍巖級別

ω—寬度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5)；

B—巷道開挖寬度；i—B每增加1m時的圍巖壓力增減率；

B＜5m時，取i=0.2；B＞5m時，取i=0.1。

（1）凈寬3m斷面受力分析（Ⅴ級圍巖，γ=25KN/m3）；

圖1 凈寬3m斷面剪力彎矩圖

（2）凈寬5m斷面受力分析（Ⅴ級圍巖，γ=25KN/m3）；

垂直壓力：qv=γh=25×7.2=180 KN/m2；

水平壓力：qh=0.4 qv=0.4×180=72 KN/m2。

圖2 凈寬5m斷面剪力彎矩圖

（3）凈寬10m斷面受力分析（Ⅴ級圍巖，γ=25KN/m3）；

垂直壓力：qv=γh=25×10.8=270 KN/m2；

水平壓力：qh=0.4 qv=0.4×270=108KN/m2。

圖3 凈寬10m斷面剪力彎矩圖

4 巷道斷面的支護(hù)研究

巷道的支護(hù)設(shè)計是復(fù)雜而精細(xì)的工作，同樣的斷面，不同的圍巖狀況，支護(hù)形式不同，同一巖層中，斷面尺寸不同，支護(hù)形式也不同，同時支護(hù)強(qiáng)度受施工方法、臨時支護(hù)措施等因素的影響[3-7]。按照深埋隧道進(jìn)行計算，僅考慮圍巖的松散壓力（地壓、巷道頂面重車荷載等特殊情況須專項設(shè)計）。

4.1 凈寬3m斷面支護(hù)設(shè)計

凈寬3m斷面，考慮施工方便快捷，建議Ⅰ-Ⅲ級圍巖采用噴射混凝土支護(hù)，Ⅳ級、Ⅴ級優(yōu)先采用鋼拱架支護(hù)，也可采用鋼筋混凝土支護(hù)。

表1 3m斷面支護(hù)參數(shù)表

4.2 凈寬5m斷面支護(hù)設(shè)計

表2 5m斷面支護(hù)參數(shù)表

凈寬5m斷面，考慮施工方便快捷，建議Ⅰ-Ⅲ級圍巖采用噴射混凝土支護(hù)，Ⅳ級、Ⅴ級優(yōu)先采用鋼拱架支護(hù)，也可采用鋼筋混凝土支護(hù)。

4.3 凈寬10m斷面支護(hù)設(shè)計

凈寬10m斷面，因斷面凈跨度比較大，為了滿足硐室內(nèi)安裝要求，一般都配備有桁車，硐室高度可達(dá)到8-10m。建議Ⅰ、Ⅱ級圍巖采用噴射混凝土或噴錨網(wǎng)支護(hù)，Ⅲ級圍巖采用U鋼拱架+噴錨網(wǎng)支護(hù)，Ⅳ級、Ⅴ級優(yōu)先采用鋼筋混凝土支護(hù)，或采用U鋼拱架+鋼筋混凝土支護(hù)。

表3 10m斷面支護(hù)參數(shù)表

在實際操作中，可以按這幾種斷面為基礎(chǔ)，對實際支護(hù)形式進(jìn)行必要的調(diào)整，比如小于3m的，可以參照3m的支護(hù)形式進(jìn)行支護(hù)設(shè)計，3m～5m的斷面，參照5m的支護(hù)形式，5m～10m的斷面，參照10m的支護(hù)形式。

5 施工過程中的冒落控制方法

巷道施工中，碰到不良地質(zhì)時，容易發(fā)生片幫、冒頂?shù)仁鹿省Ｒ坏┌l(fā)生冒頂，不但存在非常大的安全隱患，后期的處理既影響工期，也需要較高的費(fèi)用投入。在施工過程中，為控制發(fā)生冒頂施工，必須采取必要的超前支護(hù)和臨時支護(hù)。常用的超前支護(hù)方式有工作面預(yù)注漿加固，超前導(dǎo)管護(hù)頂?shù)?；常用的臨時支護(hù)措施有噴錨網(wǎng)支護(hù)，臨時拱架支護(hù)等。對于極軟巖或極破碎巖層中的大斷面施工，也可以采用臺階法、環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、中隔壁法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。應(yīng)根據(jù)隧道長度、斷面大小、結(jié)構(gòu)形式、工期要求、機(jī)械設(shè)備、地質(zhì)條件等，選擇適宜的開挖方案，并應(yīng)具有較大適應(yīng)性。

臺階法適用于Ⅲ-Ⅳ級圍巖的中小跨度巷道，V級圍巖的小跨度巷道在采用了有效的預(yù)加固措施后亦可采用臺階法開挖。5m寬巷道及圍巖地質(zhì)條件較好的10m寬巷道可采用二臺階法施工，巷道斷面較高、單層臺階斷面尺寸較大時可采用三臺階法，臺階長度宜為巷道開挖跨度的1倍～1.5倍。環(huán)形開挖預(yù)留核心土法適用于Ⅳ～Ⅴ級圍巖或一般土質(zhì)圍巖的中小跨度巷道，每循環(huán)開挖長度宜為0.5m～1.0m，核心土面積不應(yīng)小于整個斷面的50%。中隔壁法(CD法)或交叉中隔壁法(CRD法)適用于圍巖較差、跨度大、淺埋、地表沉降需要控制的場合。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于淺埋大跨度隧道及地表下沉量要求嚴(yán)格而圍巖條件很差的情況。

井巷施工應(yīng)嚴(yán)格按照《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》《有色金屬礦山井巷工程施工規(guī)范》和《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》等國家規(guī)范、規(guī)程相關(guān)要求施工。應(yīng)采用光面爆破施工，以盡量減少對圍巖的爆破影響，減少超挖、欠挖，提高圍巖自承能力。井巷施工過程中，含水層必須進(jìn)行超前鉆孔探水，井巷施工必須堅持"有疑必探，先探后掘"的原則。施工中如工作面發(fā)現(xiàn)有異狀流水、巷道壁滲水、霧氣、水叫、頂板等情況應(yīng)立即處理；掘進(jìn)工作面遇到溶洞、斷層破碎帶、水量大的含水段、采空區(qū)等復(fù)雜地段，應(yīng)在超前鉆探施工勘察手段指導(dǎo)下，掌握了掘進(jìn)工作面前方工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，制定施工技術(shù)安全措施，確保施工安全。

6 結(jié)論

隨著政府在安全、環(huán)保等各方面的管控越來越嚴(yán)格規(guī)范，礦山基建的投入越來越大，為確保礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，礦山從精細(xì)化設(shè)計到精細(xì)化施工須盡早落實，巷道精細(xì)化支護(hù)是其中的重要內(nèi)容。希望本文能幫助施工人員對各種斷面巷道的支護(hù)強(qiáng)度有個概念性的認(rèn)識，方便在現(xiàn)場設(shè)計時參照本文的標(biāo)準(zhǔn)斷面，根據(jù)不同斷面形式、不同圍巖情況快速確定合理的支護(hù)方式。