會理鋅礦電耙巷道斷面優化研究

楊春林，賴 偉，尹賢剛

(1.四川會理鉛鋅股份有限公司， 四川 會理縣 615105；2.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012)

會理鋅礦采用有底柱階段強制崩落采礦法進行開采，電耙道由于礦巖節理裂隙發育，礦巖不穩固，進入八中段開采以來，隨開采深度的增加，采場地壓顯現更為明顯，電耙道維護問題更為突出，絕大部分采場電耙道在出礦過程中受采動應力以及二次爆破的影響逐漸變形縮小破壞，甚至難以繼續出礦，最后不得不重新對電耙道進行擴幫升棚和混凝土澆注。一般電耙道都需要3次左右擴幫升棚和澆筑整修，多的甚至5次澆注整修，嚴重影響礦山正常生產，同時，由于出礦漏斗形礦柱破壞，所有的擴幫升棚以及澆注均在松散巖石中進行，也存在著巨大的安全隱患。為了提高巷道的穩定性，對電耙巷道的穩定性進行了優化研究。

由于巷道的斷面形狀是影響巷道穩定性的重要因素之一，研究從優化電耙巷道的斷面形狀入手，采用數值模擬技術對電耙巷道采用三心拱和半圓拱形狀進行了力學分析比較[1-3]，分析結果表明半圓拱巷道受力狀況較三心拱好，所以修改開挖設計，用半圓拱取代了目前使用的三心拱。

1 巖體力學參數及數值模型

電耙巷道主要布置在鉛鋅礦體內，圍巖主要為白云巖和輝綠巖。數值計算時的巖體力學依據巖石力學性質試驗的成果，研究采用Hoek & Brown方法進行巖體力學參數計算(見表1)[4]。

表1 會理鋅礦巖體力學參數計算結果

數值模型上邊界至巷道的距離為巷道高度10倍，下邊界為巷道高度的8倍，左右為巷道寬度的10倍，模型頂部施加自重荷載，模型兩側固定垂直方向位移，模型底部固定水平位移和垂直位移。

2 巷道斷面優化研究

計算采用的Phase2軟件是一個專門模擬地下巖體開挖工程的應力及應變的二維有限元軟件。與其它三維軟件比較，該軟件具有建模簡單、網格劃分容易和后處理功能強大等特點。可用于包括脆弱巖石的復雜隧道支護問題、地下發電站洞室開挖與支護、采礦與充填、邊坡開挖模擬等問題的分析，尤其在模擬地下洞室開挖時優勢突出。在進行分析時的載荷按程序自動分級施加，解方程時用Gaussian消除法求解，最大重復次數為500次，累計誤差為0.1。采用最大拉應力判據，結合Mohr-Coulumb屈服準則來確定礦體開挖的應力、位移、可能出現的破壞范圍等，以此來判定不同斷面形狀巷道的受力狀況。

采用計算的巖石力學參數對會理鋅礦電耙道斷面形狀及支護形式進行了分析研究，通過數值分析比較同等應力條件下應力及破壞區域(見圖1～圖4)，半圓拱應力集中程度小，而三心拱則正好相反，特別是拱角處，應力集中程度大，不利于巷道的穩定。所以電耙道斷面，半圓拱的受力效果明顯優于三心拱，故建議修改巷道開挖設計，用半圓拱取代目前使用的三心拱[5-6]。

確定巷道斷面后，對支護后電耙道穩定性進行了預測研究，巷道開挖后首先噴混凝土2 cm，后掛錨桿(φ43 mm管縫式錨桿)，錨桿長度為1.8 m，錨桿網度60 cm×60 cm，掛錨桿的同時掛金屬網(φ6 mm鋼筋，網格30 cm×30 cm)，此后再噴3 cm混凝土覆蓋錨網。上述工作完成后再整體澆筑鋼筋混凝土300 mm，澆筑過程中注意接頂。設計好斷面尺寸后，同時模擬開挖及支護過程，通過計算模型發現，支護結束后，拱頂位移僅1.5 cm(見圖5)，而拱頂垂直方向的應力也僅0.1 MPa(見圖6)，拱頂是可以保持穩定的。

采用優化后的巷道斷面形狀和支護措施在采場進行工業試驗，從電耙道使用效果和穩定性來看，巷道沒有發生較大破損，受力情況比以前有明顯改善，證明電耙道結構參數的優化成果具有良好的作用。

圖1半圓拱破壞區域圖2三心拱破壞區域

圖3 半圓拱應力分布 圖4 三心拱應力分布

3 結 論

利用數值模擬技術對會理鋅礦電耙道采用三心拱和半圓拱斷面進行了受力分析研究，表明在會理鋅礦采用半圓拱巷道力學狀況更好，有利于提高巷道的穩定性。特別是節理裂隙發育的不穩固巖體內，地壓較大的礦山，半圓拱具有較大的優勢，拱頂不易開裂，應力集中度小，更有利于應力的傳遞。

圖5支護計算位移圖6支護計算垂直方向應力

參考文獻：

[1]何滿潮,鄒正盛,鄒友峰.軟巖巷道工程概論[M].徐州:中國礦業大學出版社, 1993.

[2]吳 忠,羅運軍.斷面形狀對巷道穩定性影響的研究[J].礦山壓力與頂板管理, 2004(4): 41-43.

[3]凌標燦,黃向宏.巷道斷面形狀力學效應三維數值模擬分析[J].淮南工業學院學報, 2002, 22(1): 6-8.

[4]李同錄,等．節理巖體力學參數的選取與應用[J]．巖石力學與工程學報，2004,23(13)：2182-2186

[5]謝文兵,陳曉祥,鄭百生.采礦工程問題數值模擬研究與分析[M].徐州:中國礦業大學出版社, 2005.

[6]王連國,易恭猷,韓繼勝.軟巖巷道支護方案的數值模擬研究[J].煤, 2000(4): 4-7.