導(dǎo)語(yǔ)：巷道過(guò)溶洞支護(hù)施工技術(shù)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了解決龍門(mén)峽南礦＋623m回風(fēng)平硐過(guò)6＃溶洞的支護(hù)難題，首先對(duì)溶洞段工程地質(zhì)及巖溶特征進(jìn)行分析，確定采用疏堵結(jié)合的方法，以泄水性能良好的卵石充填并敷設(shè)排水管確保溶洞流水通道暢通，以“鋼軌＋鋼筋混凝土”澆筑形成封堵溶洞體，通過(guò)引入邊界條件對(duì)溶洞支護(hù)體采用拱梁分載法原理計(jì)算應(yīng)力分析，并確定了溶洞封堵洞體支護(hù)方案，必須確保過(guò)溶洞的封堵洞體與周邊巖層緊密結(jié)合，保證巷道運(yùn)輸、通風(fēng)功能，并在封堵溶洞體設(shè)泄水管，安設(shè)水壓觀測(cè)表和自動(dòng)泄水閘閥，水壓超限自動(dòng)排放，順利地解決溶洞支護(hù)和安全難題，取得了良好的支護(hù)效果。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件；溶洞群；疏堵結(jié)合；支護(hù)施工

煤礦井巷施工過(guò)程中，難免揭露溶洞、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，處理異常困難，應(yīng)采取“防、堵、疏、排、截”的綜合治理措施［1］。龍門(mén)峽南煤礦系新建礦井，水文地質(zhì)條件復(fù)雜。＋623m回風(fēng)平硐從地面出露飛仙關(guān)組四段依次穿過(guò)長(zhǎng)興組、龍?zhí)督M、茅口組。＋623m回風(fēng)平硐適逢雨季施工，從開(kāi)口施工不足1000m先后揭穿十余個(gè)大小不同的溶洞，其中距井口620m處揭露的長(zhǎng)興組灰?guī)r段6＃溶洞群最為復(fù)雜。6＃溶洞之前連續(xù)遇多個(gè)溶洞時(shí)巷道多次變向掘進(jìn)，若再變向掘進(jìn)則井巷極易偏離設(shè)計(jì)方向且可能揭穿另一積水區(qū)。經(jīng)多方研究采取疏排結(jié)合、加強(qiáng)支護(hù)等措施后成功通過(guò)該溶洞。

1溶洞段工程地質(zhì)及巖溶特征

溶洞段二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組（P2c）巖性為中～厚層狀石灰?guī)r。其物理力學(xué)測(cè)試指標(biāo)為：普通吸水率2􀆰66％，飽和含水率3􀆰24％，比重2􀆰75g／cm3，飽和抗壓強(qiáng)度48􀆰94MPa，軟化系數(shù)0􀆰76，泊松比0􀆰26，巖石質(zhì)量較好（RQD均值73􀆰70％），巖體質(zhì)量指標(biāo)M＝0􀆰120，巖體質(zhì)量中等，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ級(jí)。溶洞體頂部、底部、左側(cè)、右側(cè)均發(fā)育有表層溶蝕破碎帶，圍巖整體性、力學(xué)強(qiáng)度及穩(wěn)定性均受到一定影響，存在圍巖穩(wěn)定不均一變形。長(zhǎng)興組巖溶發(fā)育，水文地質(zhì)單元內(nèi)共發(fā)育巖溶點(diǎn)370處，巖溶發(fā)育密度6個(gè)／km2，均為近垂直發(fā)育的漏斗、落水洞、溶蝕豎井等。其中干溶斗占總數(shù)的72􀆰7％，溶蝕豎井占總數(shù)的16􀆰5％，落水洞占總數(shù)的9􀆰2％，暗河占總數(shù)的1􀆰6％。＋623m回風(fēng)平硐巖溶裂隙水文情況如圖1所示。

2支護(hù)施工

揭露的6＃溶洞為有水溶洞，溶洞長(zhǎng)、寬約8􀆰0m，高約5m，斜切巷道軸線呈75°～80°夾角向巷道右?guī)脱由欤克看?、與不明暗河導(dǎo)通，夏季暴雨2～3d后涌水量急劇增加，最大涌水量超10000m3／h，受大氣降雨補(bǔ)給非常明顯。突水點(diǎn)是井巷薄弱面，隱蔽性強(qiáng)，具有“突然性和強(qiáng)大的破壞性”的特點(diǎn)。多數(shù)情況下，過(guò)溶洞多采用封堵強(qiáng)行通過(guò)，這樣雖對(duì)發(fā)現(xiàn)的溶洞及一定影響范圍內(nèi)起到有效的治理效果，但對(duì)于水文復(fù)雜區(qū)域，溶洞與地下水文構(gòu)造可能貫通，井巷支護(hù)難免存在薄弱環(huán)節(jié)，有可能導(dǎo)致一定壓力溶洞積水從未發(fā)現(xiàn)的弱面突破，導(dǎo)致突水事故［2］。因此，設(shè)計(jì)溶洞支護(hù)處理應(yīng)以疏堵結(jié)合，而不宜采用單純的強(qiáng)行封堵，即便干溶洞也應(yīng)有放水設(shè)施和觀察設(shè)計(jì)，以避免溶洞積水突破支護(hù)薄弱面導(dǎo)致突水事故［3］。2􀆰.1基礎(chǔ)處理。井巷工程施工退后揭露點(diǎn)10m至溶洞結(jié)束10m段施工溶洞封堵洞體，封堵洞體長(zhǎng)度約28m。施工封堵洞體前先清理干凈溶洞底部不穩(wěn)定破碎體和溶蝕軟弱層，利用卵石或較大塊度掘進(jìn)石灰?guī)r矸石回填溶洞底部，并每隔5m埋設(shè)經(jīng)防腐處理后的Φ150mm無(wú)縫鋼管聯(lián)系巷道兩側(cè)，管口設(shè)鐵篩防止石塊或黃泥堵死管口引起溶洞內(nèi)水壓過(guò)大側(cè)壓垮塌封堵洞體，確保溶洞底部有良好的透水性和兩側(cè)水壓平衡，不切斷溶洞封堵洞體外的溶洞導(dǎo)水通路。然后再在回填體上澆筑200mm標(biāo)號(hào)為C15混凝土作為墊層，在墊層之上一次澆筑300mm厚C25鋼筋混凝土板作為整體基礎(chǔ)［4］。2.􀆰2支護(hù)體應(yīng)力分析。過(guò)溶洞的封堵洞體為一般殼體結(jié)構(gòu)，應(yīng)力分析引入邊界條件通過(guò)拱梁分載法原理對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。2􀆰2􀆰1邊界條件根據(jù)溶洞體條件和工程地質(zhì)條件，封堵洞體穩(wěn)定的邊界條件支撐應(yīng)力應(yīng)大于“最大蓄水位＋溫降＋淤沙壓力＋封堵洞體自重”之和。荷載包括水荷載、泥沙荷載和揚(yáng)壓力［5－7］。1）荷載按照最大可能蓄水位計(jì)算。設(shè)計(jì)按照最大高度200m計(jì)算，按200m高度范圍內(nèi)均為蓄水區(qū)域考慮其水荷載，計(jì)算約1􀆰96MPa。2）泥沙荷載。泥沙荷載淤積高程按200m均為泥沙淤積，泥沙容重8􀆰0kN／m3，泥沙內(nèi)摩擦角8°。代入式（1）計(jì)算泥沙荷載約3􀆰13MPa。e＝γ（H＋1Ht）tan2（45－φc2）（1）式中，γ為泥沙容重，8􀆰0kN／m3；H為深度，200m；Ht為封堵洞體高度，即巷道高度，取4m；φc為泥沙內(nèi)摩擦角，8°。3）揚(yáng)壓力。封堵洞體揚(yáng)壓力上游側(cè)的基巖揚(yáng)壓力按全水頭計(jì)，下游側(cè)的基巖揚(yáng)壓力按全水頭10％計(jì)算，其余段按線性分布進(jìn)行計(jì)算，則上游側(cè)的基巖揚(yáng)壓力1􀆰96MPa，下游側(cè)的基巖場(chǎng)壓力0􀆰20MPa。4）溫降荷載。該溶洞體常年位于地表200m以下，溫度變化非常小，溫降荷載可以忽略不計(jì)。5）封堵洞體自身荷載。指封堵溶洞的混凝土墻拱自身的荷載，與混凝土自身關(guān)系密切，其主要作用方向?yàn)榇怪眽毫Ψ较虻暮奢d。按封堵洞體拱高4􀆰75m位置計(jì)算為0􀆰12MPa。2􀆰2􀆰2應(yīng)力分析作用于封堵洞體上的應(yīng)力按力學(xué)原理分為垂直作用于洞體上面的壓力和作用于洞體法線方向的側(cè)壓力。垂向壓力為以上各壓力之和，即1􀆰96MPa＋3􀆰13MPa＋1􀆰96MPa＋0MPa＋0􀆰12MPa＝7􀆰17MPa。側(cè)壓力為水荷載、泥沙荷載與揚(yáng)壓力之和，即1􀆰96MPa＋3􀆰13MPa＋1􀆰96MPa＝7􀆰05MPa。由于側(cè)壓力沿封堵洞體法線方向作用于封堵洞體，封堵洞體主要受拉力作用。綜合分析要求混凝土抗壓強(qiáng)度不得低于7􀆰17MPa，抗拉強(qiáng)度不得低于7􀆰05MPa。2􀆰.3支護(hù)設(shè)計(jì)。2􀆰3􀆰1支護(hù)墻體要求根據(jù)前述計(jì)算，作用于封堵洞體垂直方向的壓力為7􀆰17MPa，所受抗彎強(qiáng)度為7􀆰05MPa，選用C25鋼筋混凝土支護(hù)。鋼筋混凝土支護(hù)厚度按下式計(jì)算：KN≤φαRabh（2）式中，Ra為C25鋼筋混凝土彎曲抗壓強(qiáng)度，取19􀆰0MPa；K為安全系數(shù)，按“永久＋基本可變＋其它可變荷載”進(jìn)行計(jì)算，取值3􀆰5；N為軸向力，取9􀆰5×103kN；B為截面寬度，m；H為支護(hù)厚度，m；φ為彎曲系數(shù)，貼壁式巷道支護(hù)，取1；α為軸向力的偏心影響系數(shù)，取1。將以上參數(shù)帶入式（2）計(jì)算得h≥0􀆰438m，因此確定設(shè)計(jì)支護(hù)厚度500mm。根據(jù)計(jì)算，作用于封堵洞體垂直方向的壓力為7􀆰17MPa，選擇的C25混凝土（fck＝16􀆰7MPa＞7􀆰17MPa）足夠滿足其抗壓強(qiáng)度。2􀆰3􀆰2支護(hù)施工封堵洞體結(jié)構(gòu)采用與施工巷道一致的結(jié)構(gòu)，即三心拱結(jié)構(gòu)。其中掘進(jìn)寬5000mm，凈寬4000mm；掘進(jìn)墻高2900mm，墻凈高2100mm；掘進(jìn)巷道高4742mm，凈高3742mm；拱頂部距離地表約200m。設(shè)計(jì)封堵洞體墻體外鋪設(shè)防水板，封堵洞體采用500mm厚度的C25鋼筋混凝土支護(hù)，縱向受力主筋Φ22＠250mm，走向筋Φ16＠250mm，拉筋Φ8＠500mm；對(duì)于封堵洞體墻根采用間距150mm兩根22kg／m鋼軌與封堵洞體一同進(jìn)行澆注。底部縱向主筋Φ22＠125mm，拉筋Φ8＠500mm［8－10］。封堵洞體支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。2􀆰4溶洞涌水疏導(dǎo)該溶洞區(qū)域水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，有可能與地下暗河甚至地表水體導(dǎo)通，在正常情況下排干積水后能確保其安全，但雨季水量極大。在溶洞支護(hù)巷道兩側(cè)底部水溝側(cè)每5m設(shè)置一根Φ150mm泄水管，將水管一端伸入溶洞內(nèi)，另一端引至水溝中，水管上設(shè)放水閥和壓力表。放水閥壓力保持在1􀆰5MPa，當(dāng)壓力達(dá)到1􀆰5MPa時(shí)，自動(dòng)放水。雨季專人觀測(cè)，當(dāng)壓力達(dá)到1􀆰5MPa后持續(xù)升高則啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，通知井下撤人，確保安全。

3結(jié)論

1）通過(guò)引入邊界條件對(duì)溶洞支護(hù)體采用拱梁分載法原理計(jì)算應(yīng)力分析，在復(fù)雜地質(zhì)條件下溶洞支護(hù)以鋼筋混凝土整體支護(hù)為宜，且前后過(guò)渡段支護(hù)長(zhǎng)度不宜小于10m，必須確保過(guò)溶洞的封堵洞體與周邊巖層緊密結(jié)合。2）導(dǎo)水溶洞基礎(chǔ)處理應(yīng)以導(dǎo)水的卵石或礫石為主，并在巷道底部設(shè)置泄水管防止阻斷水流通路。對(duì)于極端條件下涌水極大的溶洞，應(yīng)在泄水管上安設(shè)防水閘閥和壓力表，雨季專人觀測(cè)壓力表，防止水壓超限；一旦超限，立即啟動(dòng)預(yù)警機(jī)制，撤出井下作業(yè)人員，確保礦井安全。3）通過(guò)近2年的實(shí)際支護(hù)段運(yùn)行情況，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)該段支護(hù)有開(kāi)裂、變形、底板下沉的跡象，降雨時(shí)，涌水得到了及時(shí)排出，巷道排水平穩(wěn)，沒(méi)有暴83增現(xiàn)象，說(shuō)明此方案完全可行的，封堵洞體質(zhì)量有保障。4）采取了本方案支護(hù)，較巷道改道變向，節(jié)省巷道長(zhǎng)度60余米，節(jié)約投資48􀆰6萬(wàn)元。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，精心組織施工，僅用一周的時(shí)間就安全順利的穿過(guò)了該溶洞，比原計(jì)劃縮短了8d，也比巷道改道時(shí)間縮短了8d，加快了施工進(jìn)度。目前，＋623m回風(fēng)平硐已經(jīng)按預(yù)定施工方案通過(guò)長(zhǎng)興組灰?guī)r溶洞群十余個(gè)，在近2a的運(yùn)行中經(jīng)過(guò)數(shù)次暴雨考驗(yàn)，未發(fā)生任何溶洞透水事故，保證了礦井安全，并在類似情況運(yùn)用該設(shè)計(jì)方案，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

作者:徐志勇 單位:四川省煤炭設(shè)計(jì)研究院