傾斜層狀巷道圍巖松動圈分布及支護技術研究

肖旭峰，陳 維，許 潤

(湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南 岳陽市 414507)

傾斜層狀巷道圍巖松動圈分布及支護技術研究

肖旭峰，陳 維，許 潤

(湖南黃金洞礦業有限責任公司， 湖南 岳陽市 414507)

深埋巷道傾斜層狀圍巖常出現變形大且不均勻的現象，尤其是在深部高應力條件，嚴重制約了地下采礦的安全性。對某礦山巷道開挖后傾斜層狀圍巖進行了松動圈范圍監測，監測結果表明巷道的左拱角和右底角附近的松動范圍比其他部位的松動范圍大。在松動圈分布范圍的研究基礎上，提出了非對稱型支護方式，取得了良好的支護效果。

傾斜層狀巖體；松動圈監測；非對稱支護

0 引 言

眾多周知，層狀巖體具有明顯的各向異性，其力學性質主要受到結構面的影響：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帶來困難。層狀巖體分布廣泛，大部分地下工程開挖都會遇到層狀巖體，嚴重制約了地下工程開挖的安全性[2]。目前，雖然國內外學者已經對層狀巖體破壞開展了大量的研究工作，但對于層狀巖體的破裂機理尚不明確，通過現場位移等的監測來判定層狀巖體的穩定性是主要的方法。結合現場實際，在層狀巖體松動圈分布特點研究的基礎上，提出了適合于層狀巖體的非對稱支護方式，具有良好的工程意義。

1 巷道圍巖松動圈測試

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造，層理與水平面大致25°，左幫在層理的上沿，右幫在層理下沿。

1.1 測試原理和儀器

利用超聲波圍巖裂隙探測儀對該礦山某傾斜層狀巖體進行了松動圈范圍監測，利用專門的超聲波收發裝置來測量巷道圍巖的局部縱波波速，進而表征圍巖的變形特性。測試過程中用清水作耦合劑，監測設備與探測過程如圖 1(a)所示。縱波波速的計算如下：

(1)

式中：S—超聲波收、發裝置距離，14 cm；T—到達接收器的時間，s。

圖1 松動圈范圍監測示意

超聲波傳播速度的突變點所對應的范圍就是巷道的松動圈范圍，如圖 1(b)和圖1(c)。

1.2 測試方案

選取一個新開掘的礦體巷道斷面作為監測斷面，要求在爆破后短時間內施工觀測孔，然后進行定時探測，以獲得其破裂區隨時間發展的變化規律。在巷道開挖后的對松動圈范圍共進行了4次監測。需記錄的數據：當天日期、每個鉆孔每次測量時銅管移出的長度以及相應的時間，得到當天各個鉆孔的松動圈范圍，將每天各個鉆孔松動圈范圍繪制成圖，得到巷道圍巖松動圈隨時間的變化規律。

1.3 測試結果與分析

針對該礦山深部巷道進行了4次測試，測試結果如表1。

表1 松動圈測試結果

選取穩定時的松動圈大小作為最終的裂隙區，用于指導后續支護和采礦方法的設計研究，其最終松動圈大小如圖2所示。

圖2 圍巖松動圈范圍時間效應

從圖2中選取頂板位置測孔數據進行分析，可以看出隨著時間松動圈略有發展，一周左右達到穩定，其松動圈與時間發展的關系如圖3所示：

由圖3、圖4可以得到如下幾點主要結論：

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

第二，深部巷道在垂直主應力優于水平主應力的情況下，在頂底板形成的松動圈范圍要比在兩幫松動圈范圍大；

第三，深部巷道圍巖松動圈會隨時間發展，其在一個星期左右達到穩定。

圖3 圍巖頂板松動圈范圍隨時間發展變化曲線

2 支護方案研究

在分析了現場松動圈分布規律的基礎上，提出了新型的適應于傾斜層狀巖體的非對稱支護方式，支護關鍵點是左幫、頂板和左底板，盡可能的讓錨桿垂直于傾斜層狀巖體，見圖4。

圖4 非對稱新型支護

3 結 論

對傾斜層狀巖體進行了圍巖松動圈測試研究，結果表明：垂直于層狀巖體方向的巖體塑性區范圍比較大，圍巖松動圈隨時間逐漸緩慢變大，一個星期左右趨于穩定；提出了適應于傾斜層狀巖體的新型非對稱支護方式，盡可能的讓錨桿垂直于傾斜巖層，最大限度的發揮錨桿的承載力。

[1]鮮學福,譚學術.層狀巖體破壞機理[M].重慶:重慶大學出版社,1989.

[2]華安增,張子新.層狀非連續巖體穩定學[M].徐州:中國礦業大學出版社,1998.

2014-06-13)

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