地下工程中常見地質(zhì)災(zāi)害防治

曹元兵，靳茂虎，劉 斌

(中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇徐州，221116)

地下工程中常見地質(zhì)災(zāi)害防治

曹元兵，靳茂虎，劉 斌

(中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院，江蘇徐州，221116)

本文論述了地下工程中地下塌方、地下突涌水、泥屑流及巖爆等災(zāi)害的成因，介紹了一些常規(guī)防治方法。

地下工程；塌方；突涌水和巖爆；災(zāi)害；防治

0 概述

我國開采煤炭、金屬礦等絕大多數(shù)都在地下進行，大量城市地鐵建設(shè)也是以地下開挖為主，還有水利、國防建設(shè)等都與地下工程緊密相關(guān)，地下工程在我國的現(xiàn)代化重大工程建設(shè)當中充當著重要的角色。但是，地下工程中常常發(fā)生塌方、突涌水、泥屑流及巖爆等地質(zhì)災(zāi)害，做好其災(zāi)害預(yù)防工作是地質(zhì)工作的一項重要任務(wù)。

1 塌方及其防治

地下工程中，由于人工開挖導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，常會發(fā)生不同規(guī)模的圍巖脫落或崩塌，對施工人員及機械設(shè)備的安全都是一個巨大的隱患。塌方通常會發(fā)生于斷層破碎帶、膨脹土、第四系松散巖層、不整合接觸面、侵入巖接觸面以及巖體結(jié)構(gòu)面等不利組合段。

1.1 塌方原因

在地下工程施工和維護過程中，發(fā)生塌方的原因概括起來可以分兩大類型：一個是客觀因素，即存在不良工程地質(zhì)條件；二是主觀因素，即人為不當?shù)墓こ袒顒印?/p>

（1）塌方常見的自然客觀因素

地質(zhì)構(gòu)造條件、地應(yīng)力狀態(tài)、地下水活動和巖層巖性等，都是影響工程的重要客觀因素。不利的地質(zhì)條件，常是地下工程塌方的先天性隱患。當?shù)叵鹿こ逃龅讲环€(wěn)定巖土體時，可能由于其結(jié)構(gòu)松散，顆粒間無膠結(jié)或膠結(jié)差，開挖后很容易引起坍塌；在軟弱結(jié)構(gòu)面常因泥質(zhì)充填物過多，產(chǎn)生較大的塌方。

地下水是造成塌方的重要因素之一。地下水對圍巖的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用，可能導(dǎo)致工程失穩(wěn)。當巖層有軟弱夾層時，地下水可能會使軟弱面力學強度大大降低，誘發(fā)塌方。

（2） 塌方常見主觀因素

塌方的主觀因素包括地質(zhì)勘查不細致，地質(zhì)問題研究不全面，設(shè)計施工方案不恰當?shù)鹊?。地下工程勘查階段的工作非常重要，是后續(xù)各項工作方案的依據(jù)。地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)資料及不全，常會使施工方案選擇出現(xiàn)重大失誤。

在施工過程中還會出現(xiàn)人為措施不當。如施工支護不及時，支撐方法不能滿足要求，圍巖爆破用藥過多，對新出現(xiàn)的問題監(jiān)視不夠，信息反饋不及時或措施不力，方法不當?shù)取?/p>

1.2 塌方事故的預(yù)防

塌方事故一旦發(fā)生，會造成巨大的經(jīng)濟損失甚至危及人員生命安全。因此及時發(fā)現(xiàn)塌方的征兆非常重要。其常見的方法是在掘進工作面布置合理的探孔，查清地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，對掘進工作面進行地質(zhì)素描，預(yù)測判斷掘進前方有無可能發(fā)生塌方隱患。定期和不定期觀察圍巖受力及變形狀態(tài)，檢測支護結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了較大的變化，觀察巖層的節(jié)理、層理裂隙是否變大，坑頂或坑壁是否松動掉塊，噴射混凝土是否發(fā)生脫落及地表是否下沉等。

2 地下水、泥屑突涌防治

地下突水是地下工程中最常見的地質(zhì)災(zāi)害。有時因突水量大，發(fā)現(xiàn)不及時，可能造成整個地下工程淹沒的危險。

2.1 地下突水災(zāi)害及其防治

地下工程中，突水災(zāi)害時常發(fā)生，包括地表水和地下水引發(fā)的突水災(zāi)害。當進入地下工程場地的水量超過正常排放能力時，會造成水災(zāi)。在煤礦井開采時，因采空區(qū)涌水造成重大事故占煤礦事故中相當大的比重。1990年金山局東礦突水，1993年黃貝煤礦突水，1995年依蘭二礦“10.23”透水，1996年金東二礦透水事故等，均是老采空區(qū)內(nèi)積水大量突然涌出造成的。

（1）突水征兆

地下工程施工中常見的突水征兆有：涌水突增，水質(zhì)由清變濁；巖壁有“出汗”現(xiàn)象；地下工作面空氣變冷；鑿巖時釬子回彈等異常現(xiàn)象發(fā)生。

（2）突涌水防治

首先要做好預(yù)防性調(diào)查分析，調(diào)查附近水文、地質(zhì)構(gòu)造、斷層、破碎帶和巖溶發(fā)育情況，分析可能出現(xiàn)突涌水的源頭；查清涌水途徑；根據(jù)不同情況可采用截、排、堵等多種方法綜合治理。

2.2 地下泥屑流防治

泥屑與地下水混合大量涌出，有極強的破壞力，常發(fā)生于封閉的飽水巖洞、斷層破碎帶等?？刹捎米{使泥屑凝結(jié)核硬化等方法防治。

3 巖爆預(yù)測

巖爆常發(fā)生于脆圍巖中，當圍巖承受很強的地應(yīng)力時，其彈性變形超過一定限度，突然釋放大量能量，使巖石碎化、彈出，并伴有巨大聲響和震動。

3.1 地下工程中巖爆特點

巖爆常突然發(fā)生，之前沒有明顯的征兆。巖爆發(fā)生時，巖塊從圍巖中彈射出來，其大小多為幾厘米，也有幾十厘米直徑大的。巖爆多發(fā)生在新開挖的工作面及其附近，多在開挖幾個小時或幾天之內(nèi)發(fā)生。

按巖爆發(fā)生強度分為輕微巖爆—圍巖表面開裂、剝層破壞，伴隨有劈啪聲音發(fā)出；中等強度巖爆—巖塊從圍巖中彈射出來，聲音較大；強烈?guī)r爆—圍巖局部瞬間崩落，聲音強烈，甚至會伴隨地震出現(xiàn)。

巖爆發(fā)生的條件包括：脆性巖和高應(yīng)力。脆性巖有煤層、花崗巖、石英巖等。高應(yīng)力可能是一種地應(yīng)力，也可能是由地下工程開挖導(dǎo)致的應(yīng)力集中產(chǎn)生的。

3.2 地下工程中巖爆預(yù)測

（1）巖爆臨界深度預(yù)測

深部工程一般只考慮巖體自重，根據(jù)彈性力學推導(dǎo)巖爆發(fā)生的臨界深度，計算公式如下。

式中：Hct——臨界深度；

Rc ——巖石單軸抗壓強度；

γ ——巖石容重；

ζ ——系數(shù)，依據(jù)巖石抗拉強度和周邊環(huán)向應(yīng)力(圍壓)之比來確定。

（2）巖爆征兆

巖爆主要征兆：巖壁出現(xiàn)破裂，可聽到劈開的聲音，鉆孔巖芯出現(xiàn)餅化現(xiàn)象。

4 結(jié)語

地下工程建設(shè)常常是礦業(yè)、水利和國防建設(shè)中的重要項目，在工程設(shè)計和建設(shè)中常常做好其地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測等方面的工作。本文扼要地論述了地下工

TU94

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曹元兵（1986-）,男，漢族，中國礦業(yè)大學資源與地球科學學院本科學生，地質(zhì)工程專業(yè)，E-mail: caoyb@126.com