阿舍勒銅礦深部采場開采過程巷道圍巖變形規律研究

唐匡仁 丘永富

（新疆哈巴河阿舍勒銅業股份有限公司 阿勒泰 836700）

1 引言

新疆哈巴河阿舍勒銅業股份有限公司是集采、選為一體的大型礦山企業，位于新疆哈巴河縣境內。阿舍勒銅礦床屬火山噴發—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度短、埋藏深、水平厚度大、儲量大等特點。主要的采礦方法為大直徑深孔空場嗣后充填采礦法，該采礦方法底部通過YGZ-90 鉆機施工中孔爆破后形成放礦漏斗，頂部通過T-150 潛孔鉆機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力場，最大水平主應力為37.7MPa，接近垂直應力的1.5倍，礦區以水平構造應力為主。阿舍勒銅礦礦體變形較小，圍巖變形相對較大。巷道破壞主要集中在各中段下盤沿脈巷道和上盤回風巷道，在幫壁兩側出現不同程度的鼓幫、支護體脫落、片幫等現象。通過對中深孔采場回采過程中相鄰巷道收斂變形的監測，分析開挖卸荷、爆破擾動以及支護方式等對圍巖穩定性的影響，為阿舍勒銅礦大直徑深孔開采參數優化提供參考依據。

2 巷道圍巖變形監測

2.1 監測斷面布置

針對大直徑深孔開采工藝特點，結合試驗采場工程布置情況，選擇300m中段北2#采場、150m中段3#采場和0m 中段北4#采場作為監測采場。為減少爆破隊監測點的破壞和處于監測作業安全的考慮，巷道變形監測點位置布置沿巷道中心線布置斷面，具體位置布置見圖1、圖2、圖3。

圖1 300m中段北2#采場周邊變形監測布置三維圖

圖2 0m中段北4#采場周邊變形監測布置三維圖

圖3 150m中段3#采場周邊變形監測布置三維圖

2.2 監測數據采集

為獲取在開采擾動下巷道變形特征和規律，應對開采擾動前后的巷道變形數據進行準確、及時的監測獲取。參考《水下黃金礦開采巷道巖體變形觀測技術規范》，確定監測頻率保持在1～2 次/7d，并保證在爆破開挖的前后均測量至少一次。

2.3 監測結果數據處理和計算

絕大部分物質都存在“熱脹冷縮”的物理現象，所以收斂計讀數值需進行溫度補償修正。按下式（1）計算：

式中：u——實際收斂值，mm；

Un——收斂計讀數值（尾值），mm；

a——收斂計系統溫度膨脹系數，取出廠設置值，a=12×10-6；

L——基線長（首值），mm；

tn——收斂計監測時的環境溫度，℃；

t0——收斂計監測時的環境溫度，℃。

對采用三角形布置收斂變形監測斷面，巷道兩幫測點設置在相同水平高度，按式2進行測點位移計算：

而后以ΔBxt+ΔCxt數值作為兩幫相對位移量，即整個巷道兩幫的內移變形量，負值為巷道收斂變形；以ΔAyt數值作為頂板位移，負值為頂板下沉。

2.4 開采擾動下巷道變形規律

（1）開采擾動下巷道收斂變形規律

圖4 是收斂監測斷面頂板和兩幫的變形曲線。由圖可以看出，監測斷面的巷道圍巖變形整體呈收縮變形，且變形量隨著時間呈臺階式增長。在首次爆破時，受爆破影響，巷道變形急劇增大，并且左右兩幫變形較大，右幫、左幫收縮位移量分別為11.36mm、11.81mm，頂板下沉量為4.47mm。第一次爆破后，巷道變形逐漸恢復正常，巷道圍巖基本保持穩定，右幫、左幫收縮位移量分別為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。隨著時間推移，巷道變形逐漸增大，至第二次爆破時，右幫、左幫變形繼續增大，右幫變形有小幅度減小。至第三次爆破時，頂板下沉量為7.28mm，右幫、左幫收縮變形量分別為1.72mm和4.84mm。第三次爆破后，右幫收縮變形逐漸增大，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增大。第四次爆破時，頂板下沉量為11.33mm，右幫、左幫變形量分別為2.69mm和7.32mm。第四次爆破后，頂板和左幫收縮變形量均不大，呈緩慢增長趨勢。右幫變形量先減少，后增大，但收縮變形量較低。至第五次爆破時，頂板下沉量為13.05mm，左幫收縮變形量為13.95mm，右幫收縮變形量為2.14mm。第五次爆破后，右幫變形量逐漸增大，40天后右幫收縮變形量為9.94mm。頂板、左幫在第五次爆破后變形量均維持在相對穩定的水平，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，最終達到21.20mm。

圖4 監測斷面巷道收縮變形

（2）巷道收斂變形的空間分布規律

綜合各監測斷面變形規律及變形空間分布特征，下盤承壓區的范圍隨著采場向下盤開采的進行，逐漸向距離礦體更遠處移動，開采區域應力分布示意圖如圖5 所示。這種現象在上盤未能觀測到，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，距離采空區較近的區域屬于卸壓區，該處巷道承壓力較小，巷道變形也較小。隨著與采空區距離的增大，承壓力越來越大，巷道變形也越來越大。到達一定距離時，承壓力達到最大，在此距離時巷道變形達到最大值，超過該距離后，巷道變形逐漸減小，直至恢復原巖應力。結合200m 中段和350m 中段的監測變形數據分析，阿舍勒銅礦大直徑深孔采礦方法開采過程中，垂直礦體走向布置的采場距離采空區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5～8m 的范圍屬于卸壓區，25～30m 的范圍屬于承壓區。

圖5 開采區域應力分布示意圖

鑒于以上結論，建議在礦山開采設計中，適當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開采的承壓區，減小開采擾動對下盤沿脈巷道造成的影響。但在實際生產過程中，增大下盤沿脈巷道與下盤礦巖邊界的距離，會增大生產成本，或者在開拓采準時，下盤沿脈巷道已經施工完畢，此時調整下盤沿脈巷道的位置已經非常不切實際，此時可通過精確設計采場的開采進度來減小對下盤沿脈巷道穩定性的影響。如果開采1 對硐室時使得下盤正好處于承壓區時，則加大開采進度，一次開采2 對硐室，承壓區繼續向下盤圍巖移動，減弱開采擾動對下盤沿脈巷道穩定性的影響。

3 結語

采場開采過程中，會對周圍巷道的應力、變形產生影響。頂板上盤巷道受爆破擾動較明顯，下盤巷道變形與開采區域的距離有關，距離較大時，影響不明顯，距離越小，影響越明顯。下盤擾動區域的范圍與開采進度密切相關，隨著開采進度向下盤的推移，巷道變形較大的區域明顯有向下盤移動的特征，并且有一定的延時性。巷道變形大小與其距采空區的距離有關，在采空區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，據此可將開采擾動區域劃分為距離采空區較近的卸壓區，稍遠的承壓區，再遠的原巖應力區。其中，變形最大的承壓區又可稱為應力集中區。卸壓區的范圍一般為5～8m，應力集中區一般為25～30m，因此，建議礦山調整下盤沿脈巷道與采空區的距離，盡量使其大于30m。若無法調整下盤沿脈巷道的距離，可根據變形規律調整開采進度，增大或減小單次爆破進度，使下盤沿脈巷道避開變形較大的應力集中區。