隔離礦柱巷道圍巖松動(dòng)圈分布規(guī)律的測(cè)試

張海磊 劉 濤 郭生茂 孫 嘉 王成財(cái) 周健強(qiáng)

(西北礦冶研究院，甘肅白銀730900)

我國(guó)華東某銅礦是典型的千米深大型礦山，具有高地應(yīng)力(32～38 MPa)、高原巖溫度(30～38℃)等特點(diǎn)。該礦的礦體主要由含銅磁黃鐵礦、含銅蛇紋石和含銅矽卡巖等構(gòu)成，礦體節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖性堅(jiān)硬，穩(wěn)定性較好，f=8～16。礦體頂板主要為黃龍組、船山大理巖，厚46～68 m。底板主要為石碳系下統(tǒng)高麗山組灰?guī)r、粉砂巖和石英閃長(zhǎng)巖，厚度14～24 m。礦床地應(yīng)力最大主應(yīng)力方向與礦體走向大體一致，為NE～SW方向，近水平，量值在20～38 MPa，屬高應(yīng)力區(qū)［1-2］。

該礦礦體回采分3個(gè)步驟進(jìn)行，即第1步驟回采礦房，然后采用全尾砂膠結(jié)充填;第2步驟回采礦柱，然后采用全尾砂充填;第3步驟回采隔離礦柱，采用全尾砂充填。各步驟回采的礦量分別占礦體總儲(chǔ)量的42%、38%和20%。

本研究通過(guò)對(duì)該礦底部結(jié)構(gòu)巷道進(jìn)行圍巖松動(dòng)圈測(cè)試，判斷其破壞情況及其在回采過(guò)程中可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題，為隔離礦柱回采設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)［2-12］。

1 巷道圍巖松動(dòng)圈測(cè)試

1.1 測(cè)試分析方法

松動(dòng)圈厚度是巖體強(qiáng)度、巖體結(jié)構(gòu)、弱面影響、圍巖風(fēng)化、水、自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等諸多因素在開(kāi)巷后互相作用的產(chǎn)物，是一個(gè)多因素綜合性的指標(biāo)［3］。

隔離礦柱底部結(jié)構(gòu)巷道松動(dòng)圈分布規(guī)律現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試采用RSM－SY5聲波儀，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，得出沿孔深方向的波速變化曲線(即VP－L曲線)及巷道圍巖松動(dòng)圈范圍的截面圖。

1.2 測(cè)站布置

根據(jù)測(cè)試目的及測(cè)試原則，結(jié)合該礦底部結(jié)構(gòu)巷道實(shí)際情況，在－760 m水平布置4個(gè)測(cè)試斷面，命名為1#～4#斷面，在－790 m水平布置4個(gè)測(cè)試斷面，分別命名為5#～8#斷面。

1.3 測(cè)孔布置

在每個(gè)測(cè)試的斷面布置3個(gè)測(cè)孔(見(jiàn)圖1)，分別位于巷道的拱頂和兩幫的位置，共設(shè)計(jì)布置了24個(gè)測(cè)孔，每個(gè)測(cè)孔深為2.2～2.5 m，直徑為38～42 mm。

圖1 松動(dòng)圈測(cè)孔布置Fig.1 Layout of loose circle measuring holes

2 測(cè)試結(jié)果

根據(jù)測(cè)試方案共進(jìn)行了2次測(cè)試，通過(guò)對(duì)2次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析來(lái)確定巷道圍巖松動(dòng)圈值。

2.1 測(cè)試聲波圖

通過(guò)對(duì)該礦底部結(jié)構(gòu)巷道進(jìn)行松動(dòng)圈測(cè)試，得到各測(cè)孔的聲波曲線，借以判斷沿孔深方向不同測(cè)點(diǎn)的聲速(聲時(shí))。部分測(cè)孔的聲波曲線如圖2所示。

2.2 各巷道斷面VP－L曲線

以所測(cè)巷道斷面上每1個(gè)測(cè)孔各測(cè)點(diǎn)的VP值為縱坐標(biāo)，以孔深L為橫坐標(biāo)，繪制出了相應(yīng)的VP－L曲線圖。

(1)－760 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試。在該礦－760 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試中各底部結(jié)構(gòu)巷道各斷面VP－L曲線如圖3所示。根據(jù)各斷面松動(dòng)圈測(cè)試的VP－L曲線，可得到－760 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果，如表1所示。

圖2 部分測(cè)孔波形Fig.2 Waveforms of some measuring holes

表1 －760 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果Table 1 Results of 1st section loose circle test in-760 m level m

(2)－790 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試。在該礦－790 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試中各底部結(jié)構(gòu)巷道各斷面VP－L曲線如圖4所示。根據(jù)各斷面松動(dòng)圈測(cè)試的VP－L曲線，可得到－790 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果。如表2所示。

表2 －790 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果Table 2 Results of 1st section loose circle test in-790 m level m

(3)－760 m水平第2次松動(dòng)圈測(cè)試。為了能更好地反映該礦底部結(jié)構(gòu)巷道松動(dòng)圈變化情況，特對(duì)－760 m水平斷面進(jìn)行了2次松動(dòng)圈測(cè)試，結(jié)果如圖5所示(因－790 m水平測(cè)試條件不具備，未對(duì)其進(jìn)行測(cè)試)。根據(jù)松動(dòng)圈測(cè)試的VP－L曲線，可得到－760 m水平第2次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果。如表3所示。

圖3 －760 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試斷面VP－L曲線Fig.3 VP-L curves of 1st section loose circle test in-760 m level

圖4 －790 m水平第1次松動(dòng)圈測(cè)試斷面VP－L曲線Fig.4 VP －L curves of 1st section loose circle test in-790 m level

表3 －760 m水平第2次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果Table 3 Results of 2nd section loose circle test in-760 m level m

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果分析

根據(jù)2次松動(dòng)圈測(cè)試，得出的該礦－760 m和－790 m水平具有代表性的斷面松動(dòng)圈測(cè)試的數(shù)據(jù)結(jié)果如表4。

由表1、表2、表3可得結(jié)論:

(1)－790 m水平各斷面相應(yīng)位置松動(dòng)圈值普遍比－760 m水平斷面相應(yīng)位置松動(dòng)圈值大，說(shuō)明埋深對(duì)松動(dòng)圈大小有影響。

圖5 －760 m水平第2次松動(dòng)圈測(cè)試各斷面VP－L曲線Fig.5 VP-L curves of 2nd section loose circle test in-760 m level

表4 不同水平下松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果Table 4 Results of section loose circle test in different levels m

(2)同一斷面頂板松動(dòng)圈值比兩幫松動(dòng)圈值大，驗(yàn)證了構(gòu)造應(yīng)力方向?qū)λ蓜?dòng)圈的影響。

(3)由于2次測(cè)試相差不大，說(shuō)明所測(cè)地方圍巖松動(dòng)圈發(fā)展已趨于穩(wěn)定。

(4)由于不同水平及不同位置松動(dòng)圈值相差不大且松動(dòng)圈值都屬于中等水平松動(dòng)圈，故該次測(cè)試所測(cè)松動(dòng)圈為中等水平松動(dòng)圈。

(5)由于測(cè)試是在已支護(hù)巷道進(jìn)行，且巷道表面有1層0.1 m厚的混凝土，故測(cè)試結(jié)果應(yīng)減去混凝土層(0.1 m)，為0.7～1.2 m。

(5)2次松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果表明松動(dòng)圈范圍基本變化不大。

3.2 巷道圍巖松動(dòng)圈截面圖的繪制

在獲得各測(cè)孔的VP－L曲線，并劃分好各自的松動(dòng)帶后，就可以繪制巷道圍巖松動(dòng)圈截面圖。首先測(cè)量同一觀測(cè)斷面上各測(cè)孔孔口的位置和孔的角度，連同孔深按比例繪于巷道斷面圖上。其次，以各孔軸線為橫坐標(biāo)，VP為縱坐標(biāo)，將VP－L曲線及劃分的松動(dòng)帶，按相同比例尺繪制于同一斷面圖上。最后，用點(diǎn)劃線將劃分好的各測(cè)孔松動(dòng)帶的分界點(diǎn)圓滑連接起來(lái)，即成巷道圍巖松動(dòng)圈截面圖。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制礦山底部結(jié)構(gòu)巷道松動(dòng)圈的截面圖，如圖6所示。

圖6 隔離礦柱巷道圍巖松動(dòng)范圍截面示意Fig.6 Schematic view of isolated pillar roadway loose circle

3.3 松動(dòng)圈分類與支護(hù)方案選擇

根據(jù)董方庭的相關(guān)研究［1］，該礦山屬中松動(dòng)圈較穩(wěn)固至一般穩(wěn)定圍巖。可采用噴錨聯(lián)合方式支護(hù)新開(kāi)挖出礦巷道和進(jìn)路。在局部破碎區(qū)域及出礦眉線處采用噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式。錨桿長(zhǎng)度大于2.5 m，網(wǎng)度為1 m×1 m，永久噴層厚度大于100 mm。實(shí)踐表明，巷道頂板和兩幫圍巖均無(wú)垮落現(xiàn)象出現(xiàn)，支護(hù)效果良好［1，4-12］。

4 結(jié)語(yǔ)

松動(dòng)圈支護(hù)理論把松動(dòng)圈作為支護(hù)的依據(jù)，根據(jù)不同的松動(dòng)圈值對(duì)巷道采取不同的支護(hù)方式，松動(dòng)圈越大，支護(hù)越難。本研究通過(guò)對(duì)某銅礦底部結(jié)構(gòu)巷道進(jìn)行圍巖松動(dòng)圈測(cè)試，判斷其破壞情況及其在回采過(guò)程中可能出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題，為保證隔離礦柱內(nèi)各種工程巷道穩(wěn)定和隔離礦柱各采場(chǎng)的施工設(shè)計(jì)等提供依據(jù)。

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