陳慶發(fā)，林開汕，吳家有，周科平，高峰

(1.廣西大學(xué) 資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西 南寧，530004；2.中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙，410083)

一般來說，巖體的力學(xué)性質(zhì)、質(zhì)量、變形破壞特征均由結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體控制[1-5]，覆巖內(nèi)的裂隙連通面則是控制頂板誘導(dǎo)崩落工程中覆巖穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面。覆巖的變形與破壞與覆巖內(nèi)部存在的裂隙密切相關(guān)，其變形破壞過程實質(zhì)上就是內(nèi)部裂隙產(chǎn)生、擴(kuò)展、相互作用直至貫通破壞的動態(tài)演化過程[6]，因此，研究頂板覆巖中裂隙的空間分布規(guī)律具有重要意義。

針對覆巖裂隙，BAECHER 等[7]提出采用結(jié)構(gòu)面圓盤模型代替覆巖裂隙進(jìn)行研究；謝和平等[8]提出適用于采動巖體裂隙的分形研究；張永波等[9]對采動巖體中裂隙分形規(guī)律進(jìn)行了研究；王川嬰等[10-11]提出鉆孔裂隙結(jié)構(gòu)面的正弦特征和函數(shù)表達(dá)式；周科平等[12-14]對頂板覆巖裂隙的產(chǎn)狀、數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計分析；劉小平等[15]使用垂直地震剖面直達(dá)地震波研究了采動巖體裂隙特征及各向異性。在裂隙分布狀態(tài)研究中，錢鳴高等[16]對覆巖采動裂隙分布的“O”形圈特征進(jìn)行了研究；張金才等[17]提出了采動巖體覆巖中裂隙場“橫三區(qū)”和“豎三帶”的理論；YU 等[18]對覆巖裂隙分布及演化特征進(jìn)行了分形描述；崔聰?shù)萚19]通過三維軟件模擬發(fā)現(xiàn)上覆巖層“三帶規(guī)律”的水平應(yīng)力符合“壓應(yīng)力—拉應(yīng)力—壓應(yīng)力”的變化。已有的關(guān)于巖體中裂隙空間分布的研究多數(shù)僅對裂隙產(chǎn)狀相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析或是使用分形理論對某一區(qū)域的裂隙分布進(jìn)行計算分析，對煤礦的覆巖裂隙帶進(jìn)行劃分，但對金屬礦山的覆巖整體中的裂隙空間分布規(guī)律沒有詳盡研究。

以廣西銅坑礦92 號礦體連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)崩落工程為背景，通過在554 m高度硐室布置的預(yù)裂炮孔和放頂炮孔向下進(jìn)行裂隙探測。以探測所得的裂隙數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建裂隙賦存的三維數(shù)字模型，并從東西方向、深度方向、回采方向，綜合開展頂板誘導(dǎo)崩落工程覆巖裂隙空間分布規(guī)律分析。

1 工程概況

1.1 工程背景

廣西銅坑礦是一座大型地下礦山，礦體主要賦存于硅質(zhì)巖中。含有礦體的硅質(zhì)巖抗壓強度最大達(dá)153 MPa，礦石堅硬，普氏系數(shù)為15.6，屬于普氏I 級和II 級堅固巖石[20-21]，鑿巖性差，爆破性好，礦體與圍巖無明顯界限。

礦區(qū)開采至今已有30 多年的歷史，其上部細(xì)脈帶和91 號礦體基本開采完畢，92 號礦體已成為開采的主礦體。無間柱連續(xù)采礦技術(shù)與工藝的發(fā)展和完善為92號礦體的開采提供了一條新的途徑，但礦山使用無間柱連續(xù)采礦技術(shù)開采礦體后產(chǎn)生了大量采空區(qū)。若不對連續(xù)采礦后留下的大量采空區(qū)進(jìn)行及時處理，則可能引發(fā)大規(guī)模的地壓活動，威脅著礦山安全生產(chǎn)[22]。

在空區(qū)處理的技術(shù)上，92號礦體的品位較低，若完全采用充填的方式，則存在較大的技術(shù)難度。92 號礦體為緩傾斜礦體，礦體水平面積較大，采用誘導(dǎo)崩落礦體頂板技術(shù)處理空區(qū)較可行，即通過布置預(yù)裂硐室和放頂硐室，超前誘導(dǎo)頂板崩落，并在頂板覆巖中產(chǎn)生誘導(dǎo)次生裂隙，進(jìn)而產(chǎn)生更多的連通結(jié)構(gòu)面，使系統(tǒng)產(chǎn)生一個不可逆的力學(xué)失穩(wěn)的過程，從而達(dá)到處理采空區(qū)的目的[23-25]。

1.2 工程布置

選取銅坑礦92 號礦體中T112～T115 為試驗研究礦塊。在東西方向上，以554 m高度處布置的西預(yù)裂硐室、放頂硐室、東預(yù)裂硐室劃分覆巖；取回采步距為16 m，由北往南，按4個回采段(記為1段、2段、3段和4段)進(jìn)行頂板誘導(dǎo)崩落工程施工。

連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)崩落工程布置在554 m水平位置，該水平至頂板下采空區(qū)的平均厚度約為35 m。東、西兩端離開采邊界3 m 各布置預(yù)裂硐室1 間，在硐室中間以1.1 m的間距布置單排預(yù)裂孔，硐室寬4 m，高3.8 m。單元內(nèi)北端離開采邊界3.5 m布置切割硐室，在硐室內(nèi)以孔距4.0 m、排距4.5 m布置2列炮孔，切割硐室寬5 m，高3.8 m。在單元中央布置誘導(dǎo)放頂硐室，在硐室內(nèi)以孔距4.0 m、排距4.0 m 布置2 列炮孔，誘導(dǎo)放頂硐室寬5 m，高3.8 m。根據(jù)礦內(nèi)已有的鉆孔設(shè)備特點以及工程地質(zhì)條件，采用直徑為165 mm的孔作為處理頂板的鉆孔是比較合適的。

具體工程布置如圖1 所示(其中h為高度)。當(dāng)采空區(qū)頂板暴露面積達(dá)到一定程度后，采用人工爆破強制誘導(dǎo)工程耦合誘導(dǎo)頂板圍巖失穩(wěn)崩落的方法，在采場北端拉槽、削幫(削邊壁)，東西兩側(cè)布置預(yù)裂孔，中間強制爆破，采用一次微差爆破成型工藝，即在采空區(qū)上方頂板圍巖先實施空區(qū)兩側(cè)預(yù)裂爆破，控制頂板圍巖裂隙發(fā)育和擴(kuò)展范圍，然后在采場空區(qū)中心利用爆破強制崩頂，形成誘導(dǎo)空間，實施強制爆破誘導(dǎo)工程弱化頂板圍巖，最終實現(xiàn)誘導(dǎo)頂板崩落。

圖1 頂板誘導(dǎo)崩落工程設(shè)計剖面圖Fig.1 Longitudinal profile of the roof induced caving engineering design

1.3 現(xiàn)場監(jiān)測鉆孔布置

結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對頂板誘導(dǎo)崩落工程后的頂板覆巖產(chǎn)生的裂隙帶宏觀狀態(tài)進(jìn)行數(shù)字式全息鉆孔攝影探測和分析。在東、西硐室中分別選取監(jiān)測鉆孔，所選取的鉆孔應(yīng)滿足：1) 測量鉆孔在覆巖分布上具有代表性；2) 均勻分布在回采頂板上；3) 部分測孔貫穿頂板覆巖。具體測點監(jiān)測鉆孔的布置如圖2所示。以554 m水平為基準(zhǔn)，向下建立深度方向的坐標(biāo)軸。根據(jù)以上的監(jiān)測鉆孔布置要求，將頂板誘導(dǎo)工程實施區(qū)域在縱向上分成1～4段不同的回采段；在橫向上，根據(jù)554 m水平布置的西預(yù)裂硐室、放頂硐室、東預(yù)裂硐室劃分，以此來探討頂板誘導(dǎo)崩落覆巖裂隙空間分布規(guī)律。

圖2 現(xiàn)場探測鉆孔布置示意圖(h=554 m)Fig.2 Schematic diagram of on-site detection drilling layout (h=554 m)

2 裂隙模型的生成

利用數(shù)字全息模擬技術(shù)，可得到鉆孔內(nèi)壁裂隙的真實影像[26]。使用3DMine數(shù)字軟件，對頂板誘導(dǎo)崩落工程覆巖裂隙數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，并構(gòu)建預(yù)裂鉆孔裂隙賦存模型，見圖3。

圖3 預(yù)裂鉆孔裂隙賦存模型示意圖Fig.3 Schematic diagram of pre-crack borehole fracture occurrence model

3 覆巖裂隙空間分布規(guī)律分析

3.1 沿東西方向上的分布規(guī)律

頂板誘導(dǎo)崩落工程實施后，覆巖裂隙因受到回采擾動和強制爆破耦合誘導(dǎo)的共同作用，得到充分發(fā)育，使得裂隙產(chǎn)狀特征在東西方向上有了質(zhì)的變化。沿東西方向上分別統(tǒng)計西預(yù)裂硐室、放頂硐室、東預(yù)裂硐室的鉆孔內(nèi)探測所得裂隙傾角θ的分布情況，見圖4。

由圖4可知，裂隙傾角以急傾斜為主，并且各個硐室鉆孔內(nèi)賦存裂隙的傾角有著高度的相似性。裂隙傾角在80°以上的裂隙數(shù)占各自硐室布置鉆孔中探測裂隙數(shù)量的75%及以上，其中，西預(yù)裂硐室、放頂硐室、東預(yù)裂硐室鉆孔內(nèi)裂隙傾角在80°以上的裂隙數(shù)分別占各自硐室探測裂隙數(shù)量的75%，75%和87%；裂隙傾角在50°以下的裂隙數(shù)占各自硐室探測鉆孔中裂隙數(shù)量的10%及以下，其中，西預(yù)裂硐室、放頂硐室、東預(yù)裂硐室鉆孔內(nèi)裂隙傾角在50°以下的裂隙數(shù)分別占各自硐室探測鉆孔中裂隙數(shù)量的10%，7%和3%。綜上，各硐室鉆孔中的裂隙傾角分布總體上呈現(xiàn)出高度的一致性，以急傾斜的傾角為主。

圖4 沿東西方向上各硐室探測的裂隙傾角分布Fig.4 Inclination angle distribution of the cracks detected in each chamber along the east-west direction

分析裂隙沿東西方向上的傾向特征，選取處于不同硐室內(nèi)的監(jiān)測鉆孔X44，B16 和D44，對鉆孔中的裂隙傾向分布進(jìn)行統(tǒng)計，并繪制對應(yīng)的玫瑰圖(見圖5)[27]。

圖5 沿東西方向上部分鉆孔的傾向分布玫瑰圖Fig.5 Rose diagram of the trend distribution of partial boreholes in the east-west direction

結(jié)合圖5所示3個硐室探測鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量與傾向分布可知，裂隙傾向分布總體上呈現(xiàn)出兩幫裂隙傾向于集中、崩頂硐室裂隙傾向于發(fā)散的特點，裂隙數(shù)量分布由東至西呈現(xiàn)出由少至多的分布規(guī)律，如在X44 內(nèi)鉆孔裂隙數(shù)量為246 條，B16 鉆孔內(nèi)裂隙數(shù)量為144 條，D44 鉆孔內(nèi)裂隙數(shù)量為109條。

X44的鉆孔裂隙受到預(yù)裂爆破擾動作用以及西硐室所處覆巖厚度較大的影響，裂隙會優(yōu)先向預(yù)裂孔連心線方向發(fā)育；D44鉆孔由于探測鉆孔所處覆巖的厚度較小，預(yù)裂爆破之后，裂隙向東西方向發(fā)散，但東硐室測量的裂隙傾向于集中在回采方向；B16 鉆孔中的裂隙分布由于受到裝藥結(jié)構(gòu)、炮孔布置的影響，更多地表現(xiàn)出分散性的特點。

由圖5可見：西硐室鉆孔中的裂隙傾向玫瑰圖中的圈數(shù)相比于其他硐室鉆孔裂隙密集，結(jié)合裂隙數(shù)據(jù)可知，裂隙沿東西方向上的裂隙數(shù)量呈現(xiàn)出由少至多的分布規(guī)律，其主要原因是覆巖厚度發(fā)生變化，以及在回采擾動的影響下，厚度較薄的區(qū)域內(nèi)裂隙更易連通，使得統(tǒng)計到的裂隙數(shù)量減少，但裂隙產(chǎn)狀發(fā)育較明顯。

3.2 沿深度方向上的分布規(guī)律

根據(jù)554 m水平高度處布置的3個硐室，向下統(tǒng)計各個硐室測量鉆孔中的裂隙深度，并劃分為6組不同的深度區(qū)間，分別對應(yīng)[0,5]，(5,10]，(10,15]，(15,20]，(20,25]，(25,30] m裂隙深度。

假設(shè)不同硐室測量鉆孔中的裂隙數(shù)量總數(shù)為nj(j=1， 2， 3)，處于不同深度區(qū)間內(nèi)的裂隙總數(shù)為ni(i=1， 2， 3， 4， 5， 6)，在第i個深度區(qū)間上的裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)為mi，則有

根據(jù)式(1)計算結(jié)果分析，繪制出裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)與裂隙深度分組的關(guān)系，如圖6所示。

由圖6可見：在同一硐室內(nèi)的鉆孔裂隙數(shù)量符合正態(tài)分布，呈現(xiàn)出先增后減的規(guī)律。西預(yù)裂硐室鉆孔內(nèi)的裂隙分布的深度區(qū)間相比于其他2個硐室鉆孔內(nèi)的裂隙深度區(qū)間更加廣泛。西預(yù)裂硐室鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量分布于0～30 m 的深度區(qū)間；放頂硐室鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量分布于0～25 m 的深度區(qū)間；東預(yù)裂硐室鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量分布于0～20 m的深度區(qū)間，總體呈現(xiàn)出遞減的趨勢。

圖6 沿深度方向上硐室鉆孔裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)統(tǒng)計圖Fig.6 Statistical diagram of the distribution proportional coefficient of the number of borehole cracks in the chamber along the depth direction

對裂隙數(shù)量分布曲線進(jìn)行擬合分析，得到深度方向上各硐室探測鉆孔中的裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)擬合曲線，如圖7所示。

由圖7可知，各個硐室探測鉆孔中的裂隙數(shù)量分布均可用擬合函數(shù)表征，且擬合程度較好；位于不同硐室探測鉆孔中的裂隙的數(shù)量分布比例系數(shù)擬合曲線均有1個峰值；位于各硐室探測鉆孔中深度區(qū)間的裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)存在差異，且分布曲線的趨勢也各不相同，主要是各硐室所處區(qū)域的覆巖厚度和誘導(dǎo)工程炮孔裝藥結(jié)構(gòu)不同所導(dǎo)致。

1) 西預(yù)裂硐室。圖7(a)中，裂隙主要分布在5～30 m 的深度區(qū)間內(nèi)，該硐室探測鉆孔內(nèi)的裂隙數(shù)量分布范圍最為廣泛，這主要是由于西硐室中頂板覆巖厚度比較大。經(jīng)測量，西硐室所處的覆巖厚度范圍為11～32 m；放頂硐室所處的覆巖厚度范圍為11～27 m；東硐室所處的覆巖厚度范圍為11～20 m。受西預(yù)裂炮孔裝藥結(jié)構(gòu)影響，在西硐室預(yù)裂炮孔中探測所得的裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)峰值對應(yīng)的裂隙深度為15～20 m。

2) 放頂硐室。圖7(b)中，裂隙數(shù)主要分布區(qū)間為5～25 m。與西硐室鉆孔裂隙分布相比，放頂硐室中崩頂鉆孔探測的裂隙分布所對應(yīng)的深度區(qū)間集中程度更大，這是因為放頂硐室中監(jiān)測鉆孔用于強制崩頂，炮孔裝藥密度均大于兩幫的預(yù)裂炮孔的裝藥密度。

圖7 沿深度方向上各硐室的裂隙數(shù)量分布擬合圖Fig.7 Fitting diagram of the distribution of the number of fissures in each chamber along the depth direction

3) 東預(yù)裂硐室。圖7(c)中，裂隙主要分布區(qū)間為8～20 m。東硐室探測鉆孔中的裂隙分布程度最集中，這主要是因為東硐室預(yù)裂鉆孔所處的覆巖厚度較小，裂隙更易連通，使得東預(yù)裂鉆孔上裂隙統(tǒng)計數(shù)量會比其他2個硐室探測鉆孔中測得的裂隙數(shù)量更少。沿深度方向上，裂隙數(shù)量分布在總體上呈現(xiàn)出先增后減的拋物線型分布規(guī)律。而裂隙的傾角、傾向在深度方向上由于受到覆巖巖性和炮孔爆破時產(chǎn)生的擾動影響而未呈現(xiàn)出明顯的分布規(guī)律。

3.3 沿回采方向上的分布規(guī)律

隨著連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)崩落工程不斷推進(jìn)，在1段至4段回采方向上，裂隙空間分布也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。通過對1段X23、2段X37、3段X44、4 段X55 鉆孔內(nèi)的裂隙進(jìn)行探測，繪制在鉆孔內(nèi)測得的裂隙傾角分布和深度區(qū)間上的裂隙數(shù)量分布圖，即可得到沿回采方向上西硐室探測鉆孔的裂隙傾角和深度區(qū)間的裂隙數(shù)量分布關(guān)系(見圖8)。

從圖8可見：總體上，隨著連續(xù)采礦下誘導(dǎo)崩落工程沿回采方向不斷向前推進(jìn)(X23～X55)，裂隙的傾角分布特征主要以急傾斜的傾角為主；裂隙分布點大多數(shù)集中在圖像的上端，而在圖像中下部，以零散的裂隙分布點為主。沿回采方向上，裂隙數(shù)量分布位置有著向鉆孔深度方向下移的變化規(guī)律。

圖8中，X23監(jiān)測所得的裂隙數(shù)量分布基本上對應(yīng)3～12 m 的深度區(qū)間；X37 鉆孔中的裂隙數(shù)量分布對應(yīng)5～20 m 的深度區(qū)間；X44 鉆孔中的裂隙數(shù)量分布對應(yīng)3～23 m 的深度區(qū)間；X55 鉆孔中的裂隙數(shù)量分布對應(yīng)14～28 m的深度區(qū)間。在傾角方面，圖8(b)和(c)中最上端的裂隙點分布密度明顯大于圖8(a)和(d)中裂隙點分布密度，即沿回采方向，頂板中部鉆孔內(nèi)裂隙大傾角數(shù)量比頂板兩端鉆孔內(nèi)的裂隙大傾角數(shù)量更多。

圖8 沿回采方向上西硐室探測鉆孔中裂隙分布點變化圖Fig.8 Changes in distribution points of fissures in the west chamber probed borehole along the direction of recovery

根據(jù)X23～X55 的裂隙點分布圖劃分不同的傾角區(qū)域，對回采方向上的裂隙數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并繪制出回采方向上西硐室探測鉆孔中裂隙分布統(tǒng)計圖，見圖9。

由圖9可知，隨著誘導(dǎo)崩落工程沿回采方向不斷推進(jìn)，在1段X23～4段X55鉆孔中，裂隙傾角集中在80°以上，且X55鉆孔中的裂隙傾角分布范圍相比于其他位置的鉆孔裂隙傾角分布范圍更廣泛；X37和X44鉆孔中大傾角裂隙出現(xiàn)更集中(見表1)，其中X37 鉆孔中大傾角裂隙的分布比例系數(shù)高達(dá)0.87。這是因為在誘導(dǎo)崩落過程中，2 段和3 段暴露面處于頂板中間，受到的應(yīng)力集中更大。

表1 沿回采方向上裂隙傾角分布比例系數(shù)Table 1 Distribution proportion coefficient of the inclination angle of the fissure along the stoping direction

由圖9還可知，沿回采方向上，在同一個鉆孔內(nèi)的深度方向上，裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)也呈現(xiàn)出先增加、后減少的變化趨勢。其中，X44和X55中的裂隙分布點相比于X23 和X37 鉆孔的裂隙分布點在深度方向上處于更深的位置，具體見表2。

圖9 沿回采方向上西硐室探測鉆孔中裂隙分布統(tǒng)計圖Fig.9 Statistical diagram of the distribution of fissures in the west chamber probed borehole along the direction of recovery

在表2中，沿回采方向上，在X23鉆孔上裂隙數(shù)量分布于0～15 m 深度范圍內(nèi)；在X37 鉆孔上，裂隙數(shù)量分布于5～20 m 深度范圍內(nèi)；在X44 鉆孔上，裂隙數(shù)量主要分布于10～25 m深度范圍內(nèi)；在X55鉆孔上，裂隙數(shù)量主要分布于15～30 m深度范圍內(nèi)。可見，裂隙數(shù)量分布對應(yīng)的深度范圍沿回采方向上呈現(xiàn)出逐漸下移的趨勢，這是受誘導(dǎo)擾動影響所致。

表2 沿回采方向上裂隙數(shù)量分布比例系數(shù)Table 2 Distribution proportion coefficient of the number of fissures along the stoping direction

裂隙沿回采方向上的分布規(guī)律不僅體現(xiàn)在傾角和數(shù)量分布上，在傾向上也呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。沿回采方向?qū)ξ黝A(yù)裂硐室、放頂硐室監(jiān)測鉆孔中的裂隙傾向進(jìn)行統(tǒng)計，并繪制2個區(qū)域在回采方向上的裂隙傾向玫瑰圖(見圖10)。

由圖10(a)～(c)可以看到：在西預(yù)裂硐室的鉆孔內(nèi)，裂隙傾向分布主要在南北方向附近集中。這是由于在西預(yù)裂硐室先進(jìn)行預(yù)裂爆破，使得裂隙向該硐室內(nèi)的其他預(yù)裂孔的連心線方向優(yōu)先發(fā)育，部分裂隙先達(dá)到連通，并最終達(dá)到控制誘導(dǎo)裂隙的發(fā)育范圍的效果[28-29]。

圖10 沿回采方向上硐室監(jiān)測鉆孔中的裂隙傾向分布玫瑰圖Fig.10 Along the stoping direction,the crack tendency distribution rose diagram between the west chamber and the roof chamber

由圖10(d)～(f)可見：裂隙的傾向分布呈現(xiàn)出向東西方向發(fā)育的發(fā)散性，這是因為放頂硐室的鉆孔主要是作為強制崩頂炮孔使用，且為了兩幫的裂隙能夠達(dá)到連接、貫通的目的，在鉆孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)以及裝藥量上與西預(yù)裂鉆孔、東預(yù)裂鉆孔有明顯區(qū)別。

4 覆巖裂隙分布帶與共軛現(xiàn)象

4.1 覆巖裂隙的分布帶

根據(jù)3個方向的裂隙空間分布規(guī)律與鉆孔監(jiān)測的影像，對覆巖中賦存的裂隙分布帶進(jìn)行分析。

1) 破碎裂隙分布帶。該分布帶位于頂板覆巖直接上方1～2 m處，由于應(yīng)力狀態(tài)由三向應(yīng)力變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，并是頂板覆巖承受拉應(yīng)力最大和最集中的區(qū)域，裂隙的發(fā)育表現(xiàn)為碎裂狀，這種裂隙帶的發(fā)育在孔壁上表現(xiàn)為孔壁巖體被割裂為小的巖塊，部分鉆孔內(nèi)的局部地段還出現(xiàn)掉塊的現(xiàn)象。

2) 環(huán)狀裂隙分布帶。在頂板覆巖上方10 m處，存在1個由于采空區(qū)發(fā)展而形成的受拉裂隙帶，其中裂隙發(fā)育在鉆孔孔壁表現(xiàn)為圓形環(huán)狀裂隙，主要是受拉應(yīng)力作用所產(chǎn)生的橫向拉伸破壞。

3) 傾角裂隙分布帶。在頂板覆巖鉆孔中裂隙分布主要表現(xiàn)為受壓所形成的傾角裂隙。特別是在鉆孔的中部，由于回采工作的結(jié)束，空區(qū)形成，使采場頂板的上方20多米的地方出現(xiàn)受壓裂隙帶，使得裂隙進(jìn)一步發(fā)育，形成高傾角帶，這也是裂隙傾角分布峰值形成的原因之一。

4.2 裂隙分布規(guī)律中的共軛現(xiàn)象

通過對覆巖裂隙的空間分布規(guī)律與裂隙分布帶進(jìn)行分析，對裂隙結(jié)構(gòu)面的法向量進(jìn)行三維構(gòu)建，得到裂隙法向量模型(見圖11)。通過對裂隙法向量進(jìn)行直觀描述，將覆巖裂隙可視化顯現(xiàn)出來。沿東西方向，裂隙法向量呈現(xiàn)出拱形對稱共軛趨勢，且法向量均指向空區(qū)。

圖11 覆巖中裂隙法向量模型Fig.11 Normal vector model of cracks in overlying strata

結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)測所得的裂隙分布情況來看，共軛裂隙結(jié)構(gòu)面可劃分為共面共軛與對稱共軛2種不同的類型，這2種共軛結(jié)構(gòu)面相比于不規(guī)則分布的裂隙間更易形成連通的結(jié)構(gòu)面[30]。

在廣西銅坑礦連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)崩落工程中，東、西預(yù)裂硐室的裂隙結(jié)構(gòu)面從宏觀分布上來看，主要表現(xiàn)出對稱共軛裂隙分布；位于同一個硐室探測鉆孔中的裂隙結(jié)構(gòu)面有著共面共軛和對稱共軛2種共軛現(xiàn)象。在此次頂板誘導(dǎo)崩落工程中，起到共軛作用的是東西兩幫的預(yù)裂硐室中的裂隙，且裂隙主要以對稱共軛的形式存在，有少部分的共面共軛裂隙，其整體表現(xiàn)形式是拱形狀分布。

5 結(jié)論

1) 使用數(shù)字全息模擬技術(shù)對廣西銅坑礦連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)崩落工程中的鉆孔裂隙進(jìn)行監(jiān)測，并用3DMine數(shù)字軟件構(gòu)建了裂隙三維結(jié)構(gòu)面，形象地展示了裂隙賦存模型。

2) 在東西方向上，覆巖裂隙的傾角分布呈現(xiàn)出高度的一致性，兩幫鉆孔中裂隙傾向于沿回采方向集中，而崩頂鉆孔中的裂隙傾向于發(fā)散，裂隙的數(shù)量呈現(xiàn)出由多至少的分布規(guī)律；在深度方向上，裂隙數(shù)量分布呈現(xiàn)出先增后減的拋物線分布趨勢，而傾角、傾向無明顯的分布規(guī)律；在回采方向上，裂隙數(shù)量隨著誘導(dǎo)崩落工程的推進(jìn)，在鉆孔深度方向顯現(xiàn)出逐步減少的分布規(guī)律，裂隙傾角分布受到應(yīng)力集中的影響，處于頂板中部的鉆孔中大傾角裂隙產(chǎn)狀較多，在預(yù)裂鉆孔中的裂隙傾向于向回采方向集中，而崩頂鉆孔中的裂隙呈現(xiàn)出高度發(fā)散的特性。

3) 利用裂隙空間分布規(guī)律將覆巖中賦存的裂隙劃分成3個分布帶，即破碎裂隙分布帶、環(huán)狀裂隙分布帶、傾角裂隙分布帶。

4) 裂隙共軛現(xiàn)象有共面共軛與對稱共軛2種類型。在連續(xù)采礦頂板誘導(dǎo)工程中的共軛裂隙以東、西預(yù)裂硐室監(jiān)測鉆孔中的對稱共軛裂隙為主。