利用探地雷達(dá)探測采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈

逯富強(qiáng)

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)有限責(zé)任公司)

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利用探地雷達(dá)探測采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈

逯富強(qiáng)

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)有限責(zé)任公司)

摘要針對和睦山鐵礦采礦進(jìn)路圍巖特征，利用探地雷達(dá)探測了采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈范圍，并就該礦的采礦進(jìn)路支護(hù)提出了建議，為該礦巷道變形破壞特征與機(jī)理研究、支護(hù)設(shè)計(jì)與參數(shù)選取提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞探地雷達(dá)采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

和睦山鐵礦采礦進(jìn)路處于軟弱巖層中，主要特征是極軟弱、松散和破碎，且軟化和礦體粉化現(xiàn)象顯著，使得圍巖力學(xué)特性顯著降低，并伴隨圍巖體的碎脹和膨脹變形，使得無法實(shí)施有效的主動(dòng)支護(hù)等加強(qiáng)支護(hù)手段，無法形成穩(wěn)定可靠的主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，加劇了巷道后期的變形破壞。此外，由于圍巖應(yīng)力調(diào)整和巖體的碎脹、膨脹存在一定的滯后性，從而造成已施工的錨網(wǎng)噴巷道錨固體失效，加速了圍巖碎脹、膨脹，該類因素相互作用，直至圍巖和支護(hù)體完全破壞，失去結(jié)構(gòu)性和承載能力。為確定采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈的范圍，本研究采用探地雷達(dá)[1-2]對采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測。

1采礦進(jìn)路圍巖變形破壞情況

本研究主要針對和睦山鐵礦后和睦山礦段采用無底柱分段崩落采礦法[3]的采礦進(jìn)路及后觀音山礦段采用上向水平進(jìn)路充填采礦法[4]的采礦進(jìn)路進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，并對采礦進(jìn)路變形破壞特征與地壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析。和睦山鐵礦典型的采礦進(jìn)路破壞形式有：

(1)頂板開裂、垮落。由于采動(dòng)應(yīng)力導(dǎo)致頂板受拉，節(jié)理開裂并逐漸增大，導(dǎo)致頂板冒落。進(jìn)路頂板處于礦巖接觸帶或斷層破碎帶中，巖性變化較大，處于其中的軟弱夾層承載力極低，在剪切應(yīng)力的影響下，極易發(fā)生破壞，并沿剪切滑移線脫落，形成較大的楔形破壞體。

(2)幫部壓剪破壞。回采過程中，距回采工作面8～10 m處的進(jìn)路為應(yīng)力升高區(qū)，該處進(jìn)路承受礦石崩落向幫部傳遞的支承壓力以及退采過程引起的應(yīng)力，兩者疊加，在數(shù)值上可達(dá)原巖應(yīng)力的3倍左右，大大超過了幫部圍巖的極限承載能力，導(dǎo)致幫部圍巖受剪、擠出。

2采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈探測

2.1探測方法

探地雷達(dá)是用于探測地下介質(zhì)(土層、巖層) 中管線、電纜或其他人工填埋物及空洞、裂隙破碎帶、斷層的專用儀器，具有無損檢測、檢測速度快等優(yōu)點(diǎn)。本研究采用意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2探地雷達(dá)進(jìn)行探測，雷達(dá)主機(jī)與天線如圖1所示。

圖1　RIS-K2探地雷達(dá)主機(jī)及屏蔽天線

探地雷達(dá)與探空雷達(dá)技術(shù)相似，也是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目標(biāo)體，是通過研究與分析電磁波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律，查明介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。在和睦山鐵礦采礦進(jìn)路的兩幫、頂板及底板布置測線，進(jìn)行巷道圍巖松動(dòng)圈探測。雷達(dá)測線布置沿巷道軸向進(jìn)行(圖2)，雷達(dá)采樣方式為連續(xù)記錄。

圖2　探地雷達(dá)測線布置示意

2.2探測結(jié)果及分析2.2.1探測結(jié)果2.2.1.1后和睦山礦段采礦進(jìn)路

后和睦山礦段采礦進(jìn)路采用錨網(wǎng)噴全斷面支護(hù)，圍巖體基本為粉礦，較軟弱。相鄰采礦進(jìn)路均已完成回采，在采動(dòng)壓力作用下，巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重(頂板與幫部混凝土噴層大面積開裂，鋼筋網(wǎng)外露，并在局部有網(wǎng)兜形成)。在采礦進(jìn)路左幫、右?guī)透鞑贾昧?條測線，共布設(shè)了2個(gè)測試斷面、4條測線，探測結(jié)果見圖3。

圖3　探測剖面

2.2.1.2后觀音山礦段采礦進(jìn)路

后觀音山采礦進(jìn)路采用錨網(wǎng)噴全斷面支護(hù)，圍巖為閃長巖，節(jié)理裂隙不太發(fā)育，巖性相對較好，巷道圍巖變形破壞不嚴(yán)重(頂板與幫部混凝土噴層局部開裂，鋼筋網(wǎng)外露)，在掘進(jìn)過程中，頂板局部有掉塊現(xiàn)象，探測結(jié)果見圖4。

圖4　探測剖面

2.2.2探測結(jié)果分析

后和睦山礦段、后觀音山礦段巷道圍巖松動(dòng)圈探地雷達(dá)探測結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。總體來講，和睦山鐵礦采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈范圍較大，基本屬大松動(dòng)圈范圍。

表1　圍巖松動(dòng)圈地質(zhì)雷達(dá)探測結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3建議

(1)巷道圍巖分類方法研究。基于巷道圍巖分類方法，針對礦區(qū)具體的工程與地質(zhì)條件，建立巷道圍巖穩(wěn)定性判據(jù)，并與巷道圍巖松動(dòng)圈分類方法相結(jié)合，構(gòu)建科學(xué)、簡潔、適用性強(qiáng)的巷道圍巖穩(wěn)定性綜合分類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)基于時(shí)效特性軟巖采礦進(jìn)路圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)研究。基于FLAC3D數(shù)值計(jì)算軟件，研究不同分層進(jìn)路開挖與礦體回采過程，分析開挖與回采后圍巖應(yīng)力、位移、塑性區(qū)的演化規(guī)律，揭示不同回采順序與采場結(jié)構(gòu)參數(shù)對進(jìn)路穩(wěn)定性的影響規(guī)律，確定合理的采礦順序與采場結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(3)開拓與采礦巷道支護(hù)技術(shù)優(yōu)化研究。基于巷道圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國內(nèi)外巷道支護(hù)理論與技術(shù)，開展巷道布置、采礦工藝及支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化研究。基于不同圍巖穩(wěn)定的時(shí)間要求，分類提出合理的支護(hù)技術(shù)方案，形成巷道支護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙奎，高忠，何文，等.膠結(jié)充填體裂縫探地雷達(dá)探測與識別研究[J].金屬礦山，2014(4)：17-21.

[2]孫祥鑫，何磊，明世祥，等.基于矩陣相似度的探地雷達(dá)成果圖解譯技術(shù)[J].金屬礦山，2013(10)：106-109.

[3]魏建海，黃興益，戈超，等.基于PFC2D的無底柱分段崩落法放礦數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(12)：30-32.

[4]郎永忠,陳能革.多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法在和睦山鐵礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8)：7-10.

(收稿日期2016-01-05)

逯富強(qiáng)(1980—)，男，工程師，243181 安徽省馬鞍山市。