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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1巷道圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)依據(jù)

1.1巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試由于巖體結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性，目前巖石力學(xué)支護(hù)理論還難以通過(guò)理論分析上的數(shù)值計(jì)算方法定量評(píng)估支護(hù)荷載，但對(duì)于圍巖穩(wěn)定性影響因素已有共識(shí)，主要有巖體強(qiáng)度、原巖應(yīng)力(原巖應(yīng)力有自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)及巷道間相互影響)、水、支護(hù)性能、施工方法等［3］。巖體強(qiáng)度的影響因素有巖塊強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面特征、節(jié)理發(fā)育程度、充填狀況、風(fēng)化程度。松動(dòng)圈厚度值是一個(gè)綜合指標(biāo)，它全面反映原巖應(yīng)力(包括采動(dòng)應(yīng)力)，巖體性質(zhì)(包括其強(qiáng)度、裂縫、軟弱夾層等)及施工和水等的影響［7］。巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)表［7］以綜合指標(biāo)作為圍巖分類(lèi)依據(jù)。由于不同礦區(qū)的巷道圍巖物理力學(xué)性質(zhì)與地應(yīng)力差異較大，松動(dòng)圈大小不同，巷道支護(hù)的難易程度也不同。因此不同礦區(qū)對(duì)應(yīng)有適宜本礦區(qū)巷道圍巖性質(zhì)的巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)表。

1.2冶金礦山錨噴支護(hù)巷道圍巖分類(lèi)冶金礦山行業(yè)在考慮巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度、圍巖受地質(zhì)構(gòu)造影響程度、圍巖節(jié)理發(fā)育程度、節(jié)理寬度、巖層厚度等基礎(chǔ)上，將圍巖分為穩(wěn)定、穩(wěn)定性較好、中等穩(wěn)定、穩(wěn)定性較差四類(lèi)，編制成冶金礦山錨噴支護(hù)圍巖分類(lèi)表［8］。

2巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試與分析

2.1地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法在白象山鐵礦副井－450m水平沿脈東大巷、沿脈西大巷、水泵房硐室、主井－540m水平卸載硐室、風(fēng)井－390m水平石門(mén)巷、－470m水平石門(mén)巷等巷道的頂、底板和兩幫布置測(cè)線，進(jìn)行了巷道圍巖松動(dòng)圈地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)。雷達(dá)探測(cè)沿著巷道斷面進(jìn)行測(cè)線布置，連續(xù)記錄采樣，探測(cè)深度為5m。

2.2地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果與分析部分巷道松動(dòng)圈范圍如表1所示。部分巷道測(cè)線的地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)剖面圖分別如圖1到圖4所示，從圖中可以看出:雷達(dá)波呈現(xiàn)較低頻、雜亂的多次震蕩顯示，說(shuō)明圍巖在該處較為松散破碎，對(duì)雷達(dá)波造成一定程度的吸收。

3巷道圍巖工程分類(lèi)

由于白象山鐵礦設(shè)計(jì)施工的巷道類(lèi)型較多，其功能和服務(wù)年限也存在較大差異，且在不同中段巷道掘進(jìn)過(guò)程中所穿越的地層也存在較大的不同，因此巷道開(kāi)拓所采用的掘進(jìn)與支護(hù)方式是否合理將嚴(yán)重施工效率與成本。根據(jù)巷道圍巖基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)、地質(zhì)雷達(dá)松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果，綜合采用冶金礦山錨噴支護(hù)圍巖分類(lèi)和圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)方法對(duì)白象山鐵礦主要巷道圍巖進(jìn)行分類(lèi)。在進(jìn)行巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)時(shí)，擇有代表性的巖層和巷道測(cè)出松動(dòng)圈的數(shù)值填入巷道支護(hù)圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)表［7］中，得到白象山鐵礦不同水平巷道圍巖穩(wěn)定性綜合分類(lèi)表。在實(shí)際應(yīng)用此分類(lèi)表時(shí)，遇有遇水膨脹巖石或構(gòu)造應(yīng)力集中地區(qū)，應(yīng)補(bǔ)測(cè)分類(lèi)。巖石飽和狀態(tài)下單軸抗壓試驗(yàn)結(jié)果表2所示，白象山鐵礦巷道圍巖穩(wěn)定綜合分類(lèi)如表3所示。該圍巖分類(lèi)方法為初步分類(lèi)，現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)巷道可能穿越地層特性，采用物探方法對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)分析，并及時(shí)分析揭露后的巖層特性，確定圍巖準(zhǔn)確類(lèi)別，然后選擇合理的掘進(jìn)和支護(hù)方式，從而優(yōu)化巷道開(kāi)拓施工方案與支護(hù)參數(shù)。

4基于圍巖分類(lèi)的巷道支護(hù)對(duì)策分析

針對(duì)白象山鐵礦不同類(lèi)型巷道工程特點(diǎn)，結(jié)合白象山鐵礦巷道圍巖穩(wěn)定綜合分類(lèi)表，進(jìn)行合理的支護(hù)方式與支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化研究，制定出白象山鐵礦巷道支護(hù)方案選擇表，如表4所示。在根據(jù)白象山鐵礦巷道支護(hù)方案選擇表進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)巷道不同的圍巖類(lèi)別進(jìn)行支護(hù)機(jī)理選擇:第I、II類(lèi)圍巖采用懸吊理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，第III、IV類(lèi)圍巖采用組合拱、組合梁理論來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì);在選擇支護(hù)形式和參數(shù)時(shí)，若同一類(lèi)圍巖受采動(dòng)影響或巷道布置較為密集，應(yīng)該加大支護(hù)強(qiáng)度;第V類(lèi)巷道圍巖主要位于斷裂破裂帶中，圍巖松散破碎，構(gòu)造應(yīng)力大，穩(wěn)定性較差，同時(shí)受高壓裂隙水的作用，因此，應(yīng)該對(duì)這類(lèi)圍巖進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，制定更加合理、安全可靠的支護(hù)方案技術(shù)方案。

5圍巖變形監(jiān)測(cè)分析與評(píng)價(jià)

巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)可以反映巷道開(kāi)挖后圍巖的變形收斂特征，檢驗(yàn)巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)及施工工藝的合理性，為修改、優(yōu)化支護(hù)參數(shù)提供科學(xué)依據(jù)。圍巖表面收斂位移量測(cè)采用收斂計(jì)，每隔30～50m布置1個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面采用中腰十字布點(diǎn)法共布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，部分巷道圍巖位移隨時(shí)間變化曲線如圖5所示。由圖5分析可知，5個(gè)巷道收斂變形與頂?shù)装迨諗孔冃吻€趨勢(shì)基本一致:隨著時(shí)間的變化呈現(xiàn)加速變形階段、波動(dòng)變形階段以及穩(wěn)定變形階段。巷道兩幫收斂變形約為2.93～5.85mm，平均值約為3.88mm;巷道頂?shù)装迨諗孔冃渭s為0.437～3.431mm，平均值約為1.73mm。巷道收斂變形曲線表明:巷道兩幫圍巖收斂變形量大于巷道頂?shù)装鍑鷰r收斂變形量，說(shuō)明巷道頂板錨桿有效的約束了頂板圍巖的變形，應(yīng)該加強(qiáng)巷道兩幫圍巖的支護(hù)，以提高兩幫支護(hù)抗力與支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

6結(jié)論

(1)基于巖石基本物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)和地質(zhì)雷達(dá)松動(dòng)圈探測(cè)結(jié)果，綜合采用冶金礦山錨噴支護(hù)圍巖分類(lèi)和圍巖松動(dòng)圈分類(lèi)方法，對(duì)白象山鐵礦主要巷道圍巖進(jìn)行分類(lèi)，制定出白象山鐵礦巷道圍巖穩(wěn)定綜合分類(lèi)表，將巷道圍巖穩(wěn)定性分為穩(wěn)定的I類(lèi)、穩(wěn)定性較好的II類(lèi)、中等穩(wěn)定的III類(lèi)、穩(wěn)定性較差的IV類(lèi)以及穩(wěn)定性極差的V類(lèi)。(2)以白象山鐵礦巷道圍巖穩(wěn)定綜合分類(lèi)表為基礎(chǔ)，對(duì)每類(lèi)巷道圍巖穩(wěn)定性狀況進(jìn)行分析，進(jìn)行合理的支護(hù)方式與支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化研究，制訂出白象山鐵礦巷道支護(hù)方案選擇標(biāo)準(zhǔn)，有效地指導(dǎo)了白象山鐵礦巷道支護(hù)設(shè)計(jì)。(3)巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)分析結(jié)果表明，參考白象山鐵礦巷道圍巖穩(wěn)定綜合分類(lèi)表，針對(duì)不同的圍巖類(lèi)別選用合理的的支護(hù)形式與參數(shù)，可有效地控制巷道圍巖兩幫及頂?shù)装宓氖諗孔冃?，保證巷道的長(zhǎng)期安全與穩(wěn)定。(4)工程實(shí)踐表明，以白象山鐵礦巷道支護(hù)方案選擇標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)進(jìn)行巷道支護(hù)設(shè)計(jì)，可以大大減小巷道支護(hù)形式與參數(shù)選取時(shí)的盲目性，有效地指導(dǎo)了巷道支護(hù)設(shè)計(jì)工作，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

作者：齊彪韓立軍陳軻孫茂貴黃小忠張建單位：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室馬鋼(集團(tuán))控股有限公司姑山礦業(yè)公司白象山鐵礦