肖旭峰，陳 維，許 潤(rùn)

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽(yáng)市 414507)

傾斜層狀巷道圍巖松動(dòng)圈分布及支護(hù)技術(shù)研究

肖旭峰，陳 維，許 潤(rùn)

(湖南黃金洞礦業(yè)有限責(zé)任公司， 湖南 岳陽(yáng)市 414507)

深埋巷道傾斜層狀圍巖常出現(xiàn)變形大且不均勻的現(xiàn)象，尤其是在深部高應(yīng)力條件，嚴(yán)重制約了地下采礦的安全性。對(duì)某礦山巷道開(kāi)挖后傾斜層狀圍巖進(jìn)行了松動(dòng)圈范圍監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明巷道的左拱角和右底角附近的松動(dòng)范圍比其他部位的松動(dòng)范圍大。在松動(dòng)圈分布范圍的研究基礎(chǔ)上，提出了非對(duì)稱型支護(hù)方式，取得了良好的支護(hù)效果。

傾斜層狀巖體；松動(dòng)圈監(jiān)測(cè)；非對(duì)稱支護(hù)

0 引 言

眾多周知，層狀巖體具有明顯的各向異性，其力學(xué)性質(zhì)主要受到結(jié)構(gòu)面的影響：垂直巖層方向的抗拉性能很弱，而平行巖層方向的抗剪性能很低[1]，這就給層狀巖體支護(hù)帶來(lái)困難。層狀巖體分布廣泛，大部分地下工程開(kāi)挖都會(huì)遇到層狀巖體，嚴(yán)重制約了地下工程開(kāi)挖的安全性[2]。目前，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)層狀巖體破壞開(kāi)展了大量的研究工作，但對(duì)于層狀巖體的破裂機(jī)理尚不明確，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)位移等的監(jiān)測(cè)來(lái)判定層狀巖體的穩(wěn)定性是主要的方法。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在層狀巖體松動(dòng)圈分布特點(diǎn)研究的基礎(chǔ)上，提出了適合于層狀巖體的非對(duì)稱支護(hù)方式，具有良好的工程意義。

1 巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試

某礦山深部巷道的斷面形狀為三心拱形，圍巖為紫紅色板巖，具有明顯的傾斜狀層理構(gòu)造，層理與水平面大致25°，左幫在層理的上沿，右?guī)驮趯永硐卵亍?/p>

1.1 測(cè)試原理和儀器

利用超聲波圍巖裂隙探測(cè)儀對(duì)該礦山某傾斜層狀巖體進(jìn)行了松動(dòng)圈范圍監(jiān)測(cè)，利用專門的超聲波收發(fā)裝置來(lái)測(cè)量巷道圍巖的局部縱波波速，進(jìn)而表征圍巖的變形特性。測(cè)試過(guò)程中用清水作耦合劑，監(jiān)測(cè)設(shè)備與探測(cè)過(guò)程如圖 1(a)所示?？v波波速的計(jì)算如下：

(1)

式中：S—超聲波收、發(fā)裝置距離，14 cm；T—到達(dá)接收器的時(shí)間，s。

圖1 松動(dòng)圈范圍監(jiān)測(cè)示意

超聲波傳播速度的突變點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的范圍就是巷道的松動(dòng)圈范圍，如圖 1(b)和圖1(c)。

1.2 測(cè)試方案

選取一個(gè)新開(kāi)掘的礦體巷道斷面作為監(jiān)測(cè)斷面，要求在爆破后短時(shí)間內(nèi)施工觀測(cè)孔，然后進(jìn)行定時(shí)探測(cè)，以獲得其破裂區(qū)隨時(shí)間發(fā)展的變化規(guī)律。在巷道開(kāi)挖后的對(duì)松動(dòng)圈范圍共進(jìn)行了4次監(jiān)測(cè)。需記錄的數(shù)據(jù)：當(dāng)天日期、每個(gè)鉆孔每次測(cè)量時(shí)銅管移出的長(zhǎng)度以及相應(yīng)的時(shí)間，得到當(dāng)天各個(gè)鉆孔的松動(dòng)圈范圍，將每天各個(gè)鉆孔松動(dòng)圈范圍繪制成圖，得到巷道圍巖松動(dòng)圈隨時(shí)間的變化規(guī)律。

1.3 測(cè)試結(jié)果與分析

針對(duì)該礦山深部巷道進(jìn)行了4次測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1。

表1 松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果

選取穩(wěn)定時(shí)的松動(dòng)圈大小作為最終的裂隙區(qū)，用于指導(dǎo)后續(xù)支護(hù)和采礦方法的設(shè)計(jì)研究，其最終松動(dòng)圈大小如圖2所示。

圖2 圍巖松動(dòng)圈范圍時(shí)間效應(yīng)

從圖2中選取頂板位置測(cè)孔數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出隨著時(shí)間松動(dòng)圈略有發(fā)展，一周左右達(dá)到穩(wěn)定，其松動(dòng)圈與時(shí)間發(fā)展的關(guān)系如圖3所示：

由圖3、圖4可以得到如下幾點(diǎn)主要結(jié)論：

第一，傾斜層狀硬巖巷道圍巖松動(dòng)圈由于受層理產(chǎn)狀的影響呈左右非對(duì)稱分布的特征，在平行于層理方向的左拱角和右底角附近的松動(dòng)范圍比對(duì)應(yīng)的垂直于層理方向的松動(dòng)范圍大；

第二，深部巷道在垂直主應(yīng)力優(yōu)于水平主應(yīng)力的情況下，在頂?shù)装逍纬傻乃蓜?dòng)圈范圍要比在兩幫松動(dòng)圈范圍大；

第三，深部巷道圍巖松動(dòng)圈會(huì)隨時(shí)間發(fā)展，其在一個(gè)星期左右達(dá)到穩(wěn)定。

圖3 圍巖頂板松動(dòng)圈范圍隨時(shí)間發(fā)展變化曲線

2 支護(hù)方案研究

在分析了現(xiàn)場(chǎng)松動(dòng)圈分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了新型的適應(yīng)于傾斜層狀巖體的非對(duì)稱支護(hù)方式，支護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)是左幫、頂板和左底板，盡可能的讓錨桿垂直于傾斜層狀巖體，見(jiàn)圖4。

圖4 非對(duì)稱新型支護(hù)

3 結(jié) 論

對(duì)傾斜層狀巖體進(jìn)行了圍巖松動(dòng)圈測(cè)試研究，結(jié)果表明：垂直于層狀巖體方向的巖體塑性區(qū)范圍比較大，圍巖松動(dòng)圈隨時(shí)間逐漸緩慢變大，一個(gè)星期左右趨于穩(wěn)定；提出了適應(yīng)于傾斜層狀巖體的新型非對(duì)稱支護(hù)方式，盡可能的讓錨桿垂直于傾斜巖層，最大限度的發(fā)揮錨桿的承載力。

[1]鮮學(xué)福,譚學(xué)術(shù).層狀巖體破壞機(jī)理[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1989.

[2]華安增,張子新.層狀非連續(xù)巖體穩(wěn)定學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1998.

2014-06-13)

肖旭峰(1968-)，男，湖南衡陽(yáng)人，主要從事金礦地下開(kāi)采與安全方面的研究,Email： 2441848081@qq.com。