隔離礦柱巷道圍巖松動圈分布規律的測試

張海磊 劉 濤 郭生茂 孫 嘉 王成財 周健強

(西北礦冶研究院，甘肅白銀730900)

我國華東某銅礦是典型的千米深大型礦山，具有高地應力(32～38 MPa)、高原巖溫度(30～38℃)等特點。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成，礦體節理裂隙不發育，巖性堅硬，穩定性較好，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高麗山組灰巖、粉砂巖和石英閃長巖，厚度14～24 m。礦床地應力最大主應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，屬高應力區［1-2］。

該礦礦體回采分3個步驟進行，即第1步驟回采礦房，然后采用全尾砂膠結充填;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量的42%、38%和20%。

本研究通過對該礦底部結構巷道進行圍巖松動圈測試，判斷其破壞情況及其在回采過程中可能出現的穩定性問題，為隔離礦柱回采設計和施工提供依據［2-12］。

1 巷道圍巖松動圈測試

1.1 測試分析方法

松動圈厚度是巖體強度、巖體結構、弱面影響、圍巖風化、水、自重應力、構造應力等諸多因素在開巷后互相作用的產物，是一個多因素綜合性的指標［3］。

隔離礦柱底部結構巷道松動圈分布規律現場測試采用RSM－SY5聲波儀，并對測試結果進行分析，得出沿孔深方向的波速變化曲線(即VP－L曲線)及巷道圍巖松動圈范圍的截面圖。

1.2 測站布置

根據測試目的及測試原則，結合該礦底部結構巷道實際情況，在－760 m水平布置4個測試斷面，命名為1#～4#斷面，在－790 m水平布置4個測試斷面，分別命名為5#～8#斷面。

1.3 測孔布置

在每個測試的斷面布置3個測孔(見圖1)，分別位于巷道的拱頂和兩幫的位置，共設計布置了24個測孔，每個測孔深為2.2～2.5 m，直徑為38～42 mm。

圖1 松動圈測孔布置Fig.1 Layout of loose circle measuring holes

2 測試結果

根據測試方案共進行了2次測試，通過對2次測試結果進行對比分析來確定巷道圍巖松動圈值。

2.1 測試聲波圖

通過對該礦底部結構巷道進行松動圈測試，得到各測孔的聲波曲線，借以判斷沿孔深方向不同測點的聲速(聲時)。部分測孔的聲波曲線如圖2所示。

2.2 各巷道斷面VP－L曲線

以所測巷道斷面上每1個測孔各測點的VP值為縱坐標，以孔深L為橫坐標，繪制出了相應的VP－L曲線圖。

(1)－760 m水平第1次松動圈測試。在該礦－760 m水平第1次松動圈測試中各底部結構巷道各斷面VP－L曲線如圖3所示。根據各斷面松動圈測試的VP－L曲線，可得到－760 m水平第1次松動圈測試結果，如表1所示。

圖2 部分測孔波形Fig.2 Waveforms of some measuring holes

表1 －760 m水平第1次松動圈測試結果Table 1 Results of 1st section loose circle test in-760 m level m

(2)－790 m水平第1次松動圈測試。在該礦－790 m水平第1次松動圈測試中各底部結構巷道各斷面VP－L曲線如圖4所示。根據各斷面松動圈測試的VP－L曲線，可得到－790 m水平第1次松動圈測試結果。如表2所示。

表2 －790 m水平第1次松動圈測試結果Table 2 Results of 1st section loose circle test in-790 m level m

(3)－760 m水平第2次松動圈測試。為了能更好地反映該礦底部結構巷道松動圈變化情況，特對－760 m水平斷面進行了2次松動圈測試，結果如圖5所示(因－790 m水平測試條件不具備，未對其進行測試)。根據松動圈測試的VP－L曲線，可得到－760 m水平第2次松動圈測試結果。如表3所示。

圖3 －760 m水平第1次松動圈測試斷面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次松動圈測試斷面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次松動圈測試結果Table 3 Results of 2nd section loose circle test in-760 m level m

3 測試結果分析

3.1 松動圈測試結果分析

根據2次松動圈測試，得出的該礦－760 m和－790 m水平具有代表性的斷面松動圈測試的數據結果如表4。

由表1、表2、表3可得結論:

(1)－790 m水平各斷面相應位置松動圈值普遍比－760 m水平斷面相應位置松動圈值大，說明埋深對松動圈大小有影響。

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

表4 不同水平下松動圈測試結果Table 4 Results of section loose circle test in different levels m

(2)同一斷面頂板松動圈值比兩幫松動圈值大，驗證了構造應力方向對松動圈的影響。

(3)由于2次測試相差不大，說明所測地方圍巖松動圈發展已趨于穩定。

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

(5)由于測試是在已支護巷道進行，且巷道表面有1層0.1 m厚的混凝土，故測試結果應減去混凝土層(0.1 m)，為0.7～1.2 m。

(5)2次松動圈測試結果表明松動圈范圍基本變化不大。

3.2 巷道圍巖松動圈截面圖的繪制

在獲得各測孔的VP－L曲線，并劃分好各自的松動帶后，就可以繪制巷道圍巖松動圈截面圖。首先測量同一觀測斷面上各測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，VP為縱坐標，將VP－L曲線及劃分的松動帶，按相同比例尺繪制于同一斷面圖上。最后，用點劃線將劃分好的各測孔松動帶的分界點圓滑連接起來，即成巷道圍巖松動圈截面圖。根據測得的數據繪制礦山底部結構巷道松動圈的截面圖，如圖6所示。

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

3.3 松動圈分類與支護方案選擇

根據董方庭的相關研究［1］，該礦山屬中松動圈較穩固至一般穩定圍巖。可采用噴錨聯合方式支護新開挖出礦巷道和進路。在局部破碎區域及出礦眉線處采用噴錨網聯合支護方式。錨桿長度大于2.5 m，網度為1 m×1 m，永久噴層厚度大于100 mm。實踐表明，巷道頂板和兩幫圍巖均無垮落現象出現，支護效果良好［1，4-12］。

4 結語

松動圈支護理論把松動圈作為支護的依據，根據不同的松動圈值對巷道采取不同的支護方式，松動圈越大，支護越難。本研究通過對某銅礦底部結構巷道進行圍巖松動圈測試，判斷其破壞情況及其在回采過程中可能出現的穩定性問題，為保證隔離礦柱內各種工程巷道穩定和隔離礦柱各采場的施工設計等提供依據。

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