阿舍勒銅礦深部采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程巷道圍巖變形規(guī)律研究

唐匡仁 丘永富

（新疆哈巴河阿舍勒銅業(yè)股份有限公司 阿勒泰 836700）

1 引言

新疆哈巴河阿舍勒銅業(yè)股份有限公司是集采、選為一體的大型礦山企業(yè)，位于新疆哈巴河縣境內(nèi)。阿舍勒銅礦床屬火山噴發(fā)—沉積成因的黃鐵礦型銅、鋅多金屬大型礦床，礦體總體特征具有走向長(zhǎng)度短、埋藏深、水平厚度大、儲(chǔ)量大等特點(diǎn)。主要的采礦方法為大直徑深孔空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法，該采礦方法底部通過(guò)YGZ-90 鉆機(jī)施工中孔爆破后形成放礦漏斗，頂部通過(guò)T-150 潛孔鉆機(jī)施工大直徑深孔爆破落礦。阿舍勒銅礦處于近東西向擠壓的局部應(yīng)力場(chǎng)，最大水平主應(yīng)力為37.7MPa，接近垂直應(yīng)力的1.5倍，礦區(qū)以水平構(gòu)造應(yīng)力為主。阿舍勒銅礦礦體變形較小，圍巖變形相對(duì)較大。巷道破壞主要集中在各中段下盤沿脈巷道和上盤回風(fēng)巷道，在幫壁兩側(cè)出現(xiàn)不同程度的鼓幫、支護(hù)體脫落、片幫等現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)中深孔采場(chǎng)回采過(guò)程中相鄰巷道收斂變形的監(jiān)測(cè)，分析開(kāi)挖卸荷、爆破擾動(dòng)以及支護(hù)方式等對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，為阿舍勒銅礦大直徑深孔開(kāi)采參數(shù)優(yōu)化提供參考依據(jù)。

2 巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)

2.1 監(jiān)測(cè)斷面布置

針對(duì)大直徑深孔開(kāi)采工藝特點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)采場(chǎng)工程布置情況，選擇300m中段北2#采場(chǎng)、150m中段3#采場(chǎng)和0m 中段北4#采場(chǎng)作為監(jiān)測(cè)采場(chǎng)。為減少爆破隊(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的破壞和處于監(jiān)測(cè)作業(yè)安全的考慮，巷道變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置布置沿巷道中心線布置斷面，具體位置布置見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

圖1 300m中段北2#采場(chǎng)周邊變形監(jiān)測(cè)布置三維圖

圖2 0m中段北4#采場(chǎng)周邊變形監(jiān)測(cè)布置三維圖

圖3 150m中段3#采場(chǎng)周邊變形監(jiān)測(cè)布置三維圖

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集

為獲取在開(kāi)采擾動(dòng)下巷道變形特征和規(guī)律，應(yīng)對(duì)開(kāi)采擾動(dòng)前后的巷道變形數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確、及時(shí)的監(jiān)測(cè)獲取。參考《水下黃金礦開(kāi)采巷道巖體變形觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》，確定監(jiān)測(cè)頻率保持在1～2 次/7d，并保證在爆破開(kāi)挖的前后均測(cè)量至少一次。

2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)處理和計(jì)算

絕大部分物質(zhì)都存在“熱脹冷縮”的物理現(xiàn)象，所以收斂計(jì)讀數(shù)值需進(jìn)行溫度補(bǔ)償修正。按下式（1）計(jì)算：

式中：u——實(shí)際收斂值，mm；

Un——收斂計(jì)讀數(shù)值（尾值），mm；

a——收斂計(jì)系統(tǒng)溫度膨脹系數(shù)，取出廠設(shè)置值，a=12×10-6；

L——基線長(zhǎng)（首值），mm；

tn——收斂計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度，℃；

t0——收斂計(jì)監(jiān)測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度，℃。

對(duì)采用三角形布置收斂變形監(jiān)測(cè)斷面，巷道兩幫測(cè)點(diǎn)設(shè)置在相同水平高度，按式2進(jìn)行測(cè)點(diǎn)位移計(jì)算：

而后以ΔBxt+ΔCxt數(shù)值作為兩幫相對(duì)位移量，即整個(gè)巷道兩幫的內(nèi)移變形量，負(fù)值為巷道收斂變形；以ΔAyt數(shù)值作為頂板位移，負(fù)值為頂板下沉。

2.4 開(kāi)采擾動(dòng)下巷道變形規(guī)律

（1）開(kāi)采擾動(dòng)下巷道收斂變形規(guī)律

圖4 是收斂監(jiān)測(cè)斷面頂板和兩幫的變形曲線。由圖可以看出，監(jiān)測(cè)斷面的巷道圍巖變形整體呈收縮變形，且變形量隨著時(shí)間呈臺(tái)階式增長(zhǎng)。在首次爆破時(shí)，受爆破影響，巷道變形急劇增大，并且左右兩幫變形較大，右?guī)汀⒆髱褪湛s位移量分別為11.36mm、11.81mm，頂板下沉量為4.47mm。第一次爆破后，巷道變形逐漸恢復(fù)正常，巷道圍巖基本保持穩(wěn)定，右?guī)汀⒆髱褪湛s位移量分別為1.56mm和0.99mm，頂板下沉量為0.89mm，相比第一次爆破變形回彈較多。隨著時(shí)間推移，巷道變形逐漸增大，至第二次爆破時(shí)，右?guī)汀⒆髱妥冃卫^續(xù)增大，右?guī)妥冃斡行》葴p小。至第三次爆破時(shí)，頂板下沉量為7.28mm，右?guī)汀⒆髱褪湛s變形量分別為1.72mm和4.84mm。第三次爆破后，右?guī)褪湛s變形逐漸增大，但在第四次爆破前，又有小幅度降低，頂板下沉量、左幫收縮變形量仍持續(xù)增大。第四次爆破時(shí)，頂板下沉量為11.33mm，右?guī)汀⒆髱妥冃瘟糠謩e為2.69mm和7.32mm。第四次爆破后，頂板和左幫收縮變形量均不大，呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)。右?guī)妥冃瘟肯葴p少，后增大，但收縮變形量較低。至第五次爆破時(shí)，頂板下沉量為13.05mm，左幫收縮變形量為13.95mm，右?guī)褪湛s變形量為2.14mm。第五次爆破后，右?guī)妥冃瘟恐饾u增大，40天后右?guī)褪湛s變形量為9.94mm。頂板、左幫在第五次爆破后變形量均維持在相對(duì)穩(wěn)定的水平，至25天后，左幫收縮變形量逐漸減少，最終變形量為10.18mm，頂板下沉量逐漸增大，最終達(dá)到21.20mm。

圖4 監(jiān)測(cè)斷面巷道收縮變形

（2）巷道收斂變形的空間分布規(guī)律

綜合各監(jiān)測(cè)斷面變形規(guī)律及變形空間分布特征，下盤承壓區(qū)的范圍隨著采場(chǎng)向下盤開(kāi)采的進(jìn)行，逐漸向距離礦體更遠(yuǎn)處移動(dòng)，開(kāi)采區(qū)域應(yīng)力分布示意圖如圖5 所示。這種現(xiàn)象在上盤未能觀測(cè)到，但巷道變形在上下盤的空間分布特征是一致的。通常情況下，距離采空區(qū)較近的區(qū)域?qū)儆谛秹簠^(qū)，該處巷道承壓力較小，巷道變形也較小。隨著與采空區(qū)距離的增大，承壓力越來(lái)越大，巷道變形也越來(lái)越大。到達(dá)一定距離時(shí)，承壓力達(dá)到最大，在此距離時(shí)巷道變形達(dá)到最大值，超過(guò)該距離后，巷道變形逐漸減小，直至恢復(fù)原巖應(yīng)力。結(jié)合200m 中段和350m 中段的監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)分析，阿舍勒銅礦大直徑深孔采礦方法開(kāi)采過(guò)程中，垂直礦體走向布置的采場(chǎng)距離采空區(qū)5～8m 范圍的巷道變形最小，25～30m 范圍的巷道變形最大，因此，距離采空區(qū)5～8m 的范圍屬于卸壓區(qū)，25～30m 的范圍屬于承壓區(qū)。

圖5 開(kāi)采區(qū)域應(yīng)力分布示意圖

鑒于以上結(jié)論，建議在礦山開(kāi)采設(shè)計(jì)中，適當(dāng)增大沿脈巷道與礦體邊界的距離，使其大于30m，避免沿脈巷道處于采場(chǎng)開(kāi)采的承壓區(qū)，減小開(kāi)采擾動(dòng)對(duì)下盤沿脈巷道造成的影響。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，增大下盤沿脈巷道與下盤礦巖邊界的距離，會(huì)增大生產(chǎn)成本，或者在開(kāi)拓采準(zhǔn)時(shí)，下盤沿脈巷道已經(jīng)施工完畢，此時(shí)調(diào)整下盤沿脈巷道的位置已經(jīng)非常不切實(shí)際，此時(shí)可通過(guò)精確設(shè)計(jì)采場(chǎng)的開(kāi)采進(jìn)度來(lái)減小對(duì)下盤沿脈巷道穩(wěn)定性的影響。如果開(kāi)采1 對(duì)硐室時(shí)使得下盤正好處于承壓區(qū)時(shí)，則加大開(kāi)采進(jìn)度，一次開(kāi)采2 對(duì)硐室，承壓區(qū)繼續(xù)向下盤圍巖移動(dòng)，減弱開(kāi)采擾動(dòng)對(duì)下盤沿脈巷道穩(wěn)定性的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

采場(chǎng)開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)對(duì)周圍巷道的應(yīng)力、變形產(chǎn)生影響。頂板上盤巷道受爆破擾動(dòng)較明顯，下盤巷道變形與開(kāi)采區(qū)域的距離有關(guān)，距離較大時(shí)，影響不明顯，距離越小，影響越明顯。下盤擾動(dòng)區(qū)域的范圍與開(kāi)采進(jìn)度密切相關(guān)，隨著開(kāi)采進(jìn)度向下盤的推移，巷道變形較大的區(qū)域明顯有向下盤移動(dòng)的特征，并且有一定的延時(shí)性。巷道變形大小與其距采空區(qū)的距離有關(guān)，在采空區(qū)分別向上下盤的方向上，巷道變形先減小，后增大，然后再減小，據(jù)此可將開(kāi)采擾動(dòng)區(qū)域劃分為距離采空區(qū)較近的卸壓區(qū)，稍遠(yuǎn)的承壓區(qū)，再遠(yuǎn)的原巖應(yīng)力區(qū)。其中，變形最大的承壓區(qū)又可稱為應(yīng)力集中區(qū)。卸壓區(qū)的范圍一般為5～8m，應(yīng)力集中區(qū)一般為25～30m，因此，建議礦山調(diào)整下盤沿脈巷道與采空區(qū)的距離，盡量使其大于30m。若無(wú)法調(diào)整下盤沿脈巷道的距離，可根據(jù)變形規(guī)律調(diào)整開(kāi)采進(jìn)度，增大或減小單次爆破進(jìn)度，使下盤沿脈巷道避開(kāi)變形較大的應(yīng)力集中區(qū)。