水工环地质及岩土工程技术在矿山工程施工中的应用

摘要：在社会持续发展的背景下，生态环境保护与经济发展间的平衡问题成为社会大众重点关注的内容，如何实现生态环境保护与经济间的平衡发展也是当前社会中重点研究的内容。针对矿山施工复杂地质环境，分析水工环地质和岩土工程技术的深度融合途径。主要研究含水层注浆截流、导水裂隙监测、预应力加固等技术。根据正确的渗透系数、岩石强度、应力分布等参数来提高矿山结构的稳定。阐述工程地质评价对于预防突水、塌方的中心作用，给深部资源开采提供高水平的技术支持，使地质环境达到平衡，工程效能得到发展，明显改善施工工艺流程和岩土加固效果。

关键词：水工环地质；岩土工程技术；矿山工程；注浆加固

0引言

伴随国民经济不断建设与发展，水工环地质和岩土工程开始受到很多部门及人员的高度重视，这是因为无论哪一种岩土工程，都和水工环地质与岩土工程有着密切的关系，否则实际的岩土工程建设将无法发挥出应有的生态环境及经济效益，不能实现预期的可持续发展目标。根据岩土工程加固手段可以针对性的解决涌水、岩爆、边坡失稳等技术难题。加强地质参数的定量化分析，创建起依靠实测数据的施工控制体系，这是现代矿山工程向着高难度地层迈进的技术先决条件。

一、矿山工程水工环地质条件的精确勘察与评估

矿山工程施工前要进行详细的水工环地质勘察工作，重点对含水层渗透性和岩土力学性能做定量评价。通过多孔抽水试验得到渗透系数k值为1.5m/d，利用孔隙水压力监测数据建立地下水流场模型。用钻探和物探的方法对断层破碎带和岩溶发育区的分布情况进行调查，测量围岩单轴抗压强度、弹性模量等参数^[1]。根据原岩应力测试得到的最大主应力大于50MPa的区域分布情况，为后续井巷掘进支护参数的设计提供基础数据，防止由于地质信息不清造成突水或者大面积坍塌，保证开采区域地质环境数据准确无误，减少施工过程中不可控制的扰动，提高整体地质稳定性评价的科学性和前瞻性。

二、复杂矿井涌水治理与水工环地质防控技术

（一）矿井含水层疏干与地下水流场控制

矿山开采时，对高承压含水层采用疏干降压技术，在巷道周围设置疏放水钻孔，使地下水有条理地排出。当地下水位下降速度保持在1.2mm/d的时候，可以有效地减小底板突水的危害。通过地质观测孔来观察水位降落漏斗的形态变化，进而求得涌水量Q的动态波动范围。根据调整后的钻孔间距和排水强度，使地下水流场一直处在受控的状态。该技术有效地改变了岩层中水力梯度，减少静水压力对回采工作面的直接冲击，给后面岩土工程施工创造干燥的地质条件，防止水动力环境恶化造成采场大面积淋水。

（二）深层注浆帷幕截流技术应用

注浆帷幕技术是截断地下水补给的主要方式，用W/C为0.8的水泥和化学浆液混合成防渗体，以阻断含水层。对断层破碎带两侧进行定向注浆，注浆压力大于0.5MPa，浆液能充满0.1mm以上的微裂缝。注浆后浆液固结体和原岩形成一体，使围岩渗透性明显减小，有效地隔绝了补给水源^[2]。该工艺对于深部井巷穿过强含水层具有很强的适应性，采用注浆孔扇形布置的方式对整个断面进行覆盖，使破碎岩体整体结构更加完整，为后面的掘进提供坚硬的岩石力学环境。

（三）导水裂隙带动态监测与防治技术

采空区上覆岩层导水裂隙带是矿井透水的主要通道，用钻孔电视和超声波探测技术，对裂隙带发育高度进行实时监测。当裂隙带延伸到上覆含水层底部的时候，需要采用针对性的离层注浆方式，用浆液充填来支撑离层空间。从监测数据可知，裂隙带最大发育高度为25m，可以截断大气降水和浅层地下水的补给途径。在受威胁区布置岩层应变计来研究裂隙张开度的变化过程。该种防治技术把水工环地质调查同采矿工艺结合起来，从源头上切断了渗流通道，大大削减了施工期间的地质环境脆弱性。

（四）地表沉陷与地下水环境协同治理

矿山大规模开采造成采空区地表沉陷，影响地下水的赋存状态，用充填法治理技术，把矸石和水泥混合浆料回填到采空区。充填体固结之后，不但可以给上覆岩层提供足够的抗压强度，而且可以减小岩层的移动空间。充填压力达到20MPa并且保持72h之后，岩层的移动趋于稳定，地表下沉量明显减少。该技术可以缓解由于地表沉降造成的含水层结构破坏，防止地下水水位大幅度下降。在充填体内布置渗压计，对内部压力平衡进行实时监测，保证施工过程中地质环境的变化处于生态承载力允许的范围之内。

三、矿山岩土工程加固与边坡稳定性控制技术

（一）预应力锚索加固系统与应力分布规律

预应力锚索技术在矿山岩土工程中应用很广，在跨度大的巷道顶板加固中起到非常重要的作用。用长度为12m的高强度锚索深入到稳定的岩层中，用800kN的预应力来建立主动支护体系。锚索给岩体施加的轴向拉力会使破碎岩石重新组合成自稳承载梁。利用孔内锚头测力计分析应力分布，得出预应力扩散角为35°左右。该种加固方法可以有效地抵消地应力引起的拉伸应变，防止顶板早期出现离层、冒落。锚索间距按围岩种类合理布置，给深部围岩深层变形提供有效约束，提高井巷工程整体承载能力。

（二）喷锚支护技术在井巷工程中的应用

喷锚支护是将喷射混凝土的封闭作用和锚杆的拉结作用结合起来，形成高韧性支护外壳的一种支护方式。喷射混凝土厚度控制在300mm左右，配筋网片可以抵抗局部围岩的剥落。在软弱围岩段上设长为3.0m的全长大于200kN/m²的全长粘结锚杆^[3]。混凝土浆液在压力的作用下填充到表层裂隙里，提高岩体的内聚力。该种技术可以快速封闭围岩暴露面，防止岩体因为风化而产生强度的衰减。在支护层表面设置位移监测点，得到变形速率数据，检验支护结构抗力分配情况。喷锚支护把施工阶段巷道的稳定由被动固结变成了主动固结。

（三）露天矿采场边坡稳定性监测与加固

露天矿山边坡稳定受岩层倾向、水压共同作用，采用预应力锚索桩、抗滑桩结合的方式重点处理。对于边坡失稳风险高的地方，在滑面斜向方向上布置大直径锚索，用锚固力抵消岩土体的下滑力。监测系统显示边坡深部位移量在加固之后收缩到20mm以内。设置排水孔排出边坡内部积水，减小孔隙水压力，使边坡岩土体抗剪强度得到恢复。根据地质雷达探测技术得到的边坡内部构造特征来改进加固孔位的空间布置。该综合加固方案可以有效地抑制滑坡的发生，保证露天采场运输通道和作业平盘的岩土力学性能处于稳定状态。

（四）软岩矿井底鼓治理的岩土工程对策

对软岩巷道在构造应力的作用下产生严重的底鼓问题进行底板锚注加固和卸压槽切割相结合的综合工艺处理。在底板中部开凿深度为1.5m的卸压缝，排泄聚集起来的水平应力。同时将超细水泥浆注入到底板岩层中，单孔注浆量为 15kg/m³，提高底板岩体弹性模量。注浆之后底板形成坚硬的反拱结构，较好地抵抗了两帮的挤压载荷。观测结果说明底板隆起速度变慢，底鼓量变小了。该种技术手段可以解决巷道断面收缩的问题，还可以通过改善岩土应力传递路径来改善井巷整体受力环境，保证运输轨道和排水系统正常工作，体现出岩土加固对动态应力环境的适应性。

四、结束语

水工环地质勘察给矿山施工提供重要的参数支撑，含水层性质及应力场的定量研究是方案设计的前提。岩土工程技术用预应力锚索、帷幕注浆等方法，对涌水、岩层失稳等主要问题进行有针对性的解决。技术融合明显改善了复杂地质条件下施工的稳定状况，使地质环境同工程结构达成协同改善。未来矿山建设要不断挖掘地质数据和力学机理，推进地质环境治理和技术、支护技术的标准化和精准化，提高矿山工程综合技术水平。

参考文献

[1]董杨静. 水工环地质及岩土工程技术分析[J].城市建设理论研究(电子版),2025,(28):193-195.

[2]刘忠海,陈洪伟,刘操. 水工环地质及岩土工程技术在矿山工程施工中的应用[J].中国矿业,2024,33(S2):336-339.

[3]韦军. 矿山工程施工中水工环地质及岩土工程理论体系的应用与发展[J].世界有色金属,2021,(11):153-154.