西克爾銅礦巷道支護參數(shù)優(yōu)化

薛思讀，王文波，原秀合

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

西克爾銅礦巷道支護參數(shù)優(yōu)化

薛思讀，王文波，原秀合

（托里縣招金北疆礦業(yè)有限責任公司， 新疆托里縣 834506）

新疆伽師西克爾銅礦礦巖穩(wěn)固性差，生產(chǎn)中巷道破壞嚴重，礦體安全回采受到威脅。為了更好地對巷道圍巖進行支護，在對西克爾銅礦的礦巖體進行地質(zhì)調(diào)查的基礎上，對巷道周圍巖體穩(wěn)定性進行分類。依據(jù)巖體穩(wěn)定性分類結(jié)果和數(shù)值計算的結(jié)果，并綜合考慮現(xiàn)場特定的技術條件，對西克爾銅礦巷道支護參數(shù)提出合理的優(yōu)化方案。

西克爾銅礦；巖體分類；錨桿支護；支護參數(shù)

0 引 言

新疆伽師西克爾銅礦地理位置位于新疆塔里木盆地的北緣，為泥質(zhì)沉積變質(zhì)型銅礦床。西克爾銅礦礦體厚度較小，屬于薄礦體；傾角較緩，標高500 m以上的大部分礦體傾角不大于50°，屬于緩傾斜到傾斜礦體。該礦床礦體上盤圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，下盤圍巖穩(wěn)固性較好?；趯ΦV床開采經(jīng)濟技術條件的綜合分析，主要采用無底柱分段崩落法開采，并在部分采場進行了分段空場嗣后充填法的工業(yè)試驗。但是，由于礦巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，礦巖穩(wěn)固性較差，無法很好地控制采場和巷道地壓活動，巷道收斂變形較大，嚴重影響著礦山的安全高效生產(chǎn)。

1 巖體穩(wěn)定性分類

工程巖體穩(wěn)定性分類在礦山實際生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的指導作用。然而，要對礦巖體進行科學的、定量的、全面的綜合評價和分類是一個很復雜的問題。巖體工程科學經(jīng)過了長期的發(fā)展，提出了一些巖體穩(wěn)定性分類方法。目前國內(nèi)外都已經(jīng)存在一些相對來說應用比較廣泛的分類方法，每種分類方法各有千秋，并且都有自己的適用條件。

鑒于巖體穩(wěn)定性分類原則及方法的多樣性，考慮到國內(nèi)礦山生產(chǎn)實際形態(tài)和國內(nèi)工程巖體穩(wěn)定性分類的應用發(fā)展狀況，本文以工程現(xiàn)場原位地質(zhì)調(diào)查和室內(nèi)巖石力學測試為基礎，采用《工程巖體分類標準》國家標準，對西克爾銅礦的巷道圍巖的穩(wěn)定性進行分類。

1.1 結(jié)構面調(diào)查

在西克爾銅礦128線東330ML5＃采場、6＃采場、280MLE3采場、290ML南部切割橫巷、300ML南部切割橫巷、340MLM2采場、M4采場，進行了大量的結(jié)構面調(diào)查。整理調(diào)查數(shù)據(jù)后得出了礦體和圍巖的優(yōu)勢結(jié)構面產(chǎn)狀，見表1。西克爾銅礦的巖體結(jié)構面相對比較發(fā)育，底礫巖、礦石、粗礫巖、泥質(zhì)石英巖和長石石英巖結(jié)構面的發(fā)育程度不斷增大。

表1 優(yōu)勢結(jié)構面調(diào)查及點荷載強度實驗結(jié)果

在進行軟弱結(jié)構面調(diào)查時，取不規(guī)則的點荷載強度試驗試件，同時充分考慮到水對巖體性質(zhì)的顯著影響，試驗時盡可能地保持試樣天然含水狀態(tài)，及時進行點荷載強度試驗，并按ISRM法確定巖石點荷載強度指數(shù)。試驗的結(jié)果見表1。

1.2 西克爾銅礦巖體穩(wěn)定性分類

巖體強度等基本質(zhì)量指標會直接影響工程巖體的穩(wěn)定性，但是還有很多其他因素對工程巖體穩(wěn)定性有直接或間接的影響，有時甚至會演變?yōu)橹饕绊懸蛩?。因此對特定工程環(huán)境條件下的巖體，要根據(jù)不同因素的實際影響大小，對巖體基本質(zhì)量指標進行不同程度的修正。對西克爾銅礦而言，其巖體穩(wěn)定性主要受到地下水、結(jié)構面以及生產(chǎn)爆破擾動等因素的影響。因此，主要從這3個方面對其巖體綜合質(zhì)量指標Q進行修正。修正系數(shù)及修正后的巖體質(zhì)量指標見表2。

表2 修正后的巖體基本質(zhì)量

從對西克爾銅礦結(jié)構面調(diào)查及巖體穩(wěn)定性分類可以看出，西克爾銅礦巷道和采場周圍礦巖體穩(wěn)定性較差，按國家標準《工程巖體分類標準》進行巖體穩(wěn)定性分類，均處于III～V級的范圍內(nèi)。

2 支護方式的選擇

一般認為，巷道圍巖穩(wěn)定性的主要影響因素是開挖巷道周圍承受的應力、圍巖巖體的強度和巷道支護的形式。因此，要想保證巷道穩(wěn)定性，必須利用工程手段降低圍巖應力，提高圍巖強度，并選取合理的支護形式。西克爾銅礦采用無底柱分段崩落法卸壓開采方案，雖然有效地降低了下分段采準巷道應力集中，巷道收斂變形明顯減小，礦石回采工作生產(chǎn)效率明顯提高，安全性也大大增強，但是，僅僅依靠卸壓開采方案來保證巷道的穩(wěn)定性是不夠的，還需要根據(jù)工程現(xiàn)場實際情況，綜合理論計算和現(xiàn)場試驗的結(jié)果，按照相關規(guī)范和設計手冊來選取適當?shù)闹ёo形式和支護參數(shù)，使圍巖盡可能地發(fā)揮自身承壓能力。

西克爾銅礦影響巷道變形和破壞的主要因素為礦巖破碎、穩(wěn)固性差、巷道斷面積大，而巷道的變形和破壞直接取決于巷道表層圍巖的松動破壞，因此應考慮將支護的重點放在協(xié)調(diào)巷道表層圍巖的變形上，最理想的效果是使巷道圍巖在不發(fā)生破壞的前提下，盡可能的允許其發(fā)生較大變形以充分發(fā)揮圍巖自承壓能力。此外，由于塔里木盆地地處偏遠、運輸不便、基礎工業(yè)薄弱，各種礦用材料短缺，因此支護方式的選擇受到一定的限制。結(jié)合西克爾銅礦實際生產(chǎn)狀況，最后工程上選擇了采用錨桿支護方式，錨桿直徑45mm，長2.5m，錨桿鉆孔直徑40mm；實驗錨桿抗拉拔力6～8t。對于錨桿支護的具體施工方案，則要綜合分析原位巖體穩(wěn)定性情況及錨桿支護數(shù)值計算研究結(jié)果，根據(jù)相關設計規(guī)范選取合適的支護參數(shù)。

3 錨桿支護數(shù)值分析及支護參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)西克爾銅礦崩落法卸壓開采時的應力降低情況，設計出了不同的數(shù)值計算方案，定量分析了錨桿支護機理及其支護參數(shù)與卸壓開采之間的關系。錨桿支護數(shù)值計算方案如圖1。不同方案的計算結(jié)果見表3。

圖1 西克爾銅礦錨桿支護數(shù)值計算方案

表3 不同方案計算結(jié)果對比

從表3可看出，采用卸壓開采時，巷道收斂變形較小，對支護工程的要求相對較低，可以適當增大錨桿支護參數(shù)；不卸壓開采時，巷道收斂變形明顯偏大，對支護工程的要求比較高，那么就應該選取較小的支護參數(shù)，即增加錨桿的數(shù)量，才能保證巷道有足夠的穩(wěn)定性。另外，數(shù)值分析計算結(jié)果還表明，巷道拱頂部位的錨桿軸力最大，拱頂部位是最容易出現(xiàn)破壞的區(qū)域。所以，應該對拱頂部位加大支護強度；而對于拱頂以外的區(qū)域，本著節(jié)約支護成本的原則，可適當考慮降低支護強度。而支護強度高低，一般通過減小或加大錨桿支護參數(shù)來實現(xiàn)。減小錨桿支護參數(shù)，單位區(qū)域的錨桿數(shù)量就會增加，相應的支護強度就會加大；而增大錨桿支護參數(shù)，單位區(qū)域的錨桿數(shù)量就會減少，支護強度也就會出現(xiàn)不同程度的降低。從這一原則出發(fā)，綜合分析考慮工程現(xiàn)場的試驗監(jiān)測結(jié)果，西克爾銅礦卸壓開采的礦段，由于巷道收斂變形本身就很小，對支護工程強度要求低，Ⅲ級巖體可采用（1.1～1.2）m×（1.1～1.2）m的支護參數(shù)，在局部巖體性質(zhì)特別好的區(qū)域甚至可以不支護，以減少支護工程量，節(jié)約支護成本；IV級巖體，特別是拱頂部位穩(wěn)定性較差，因而選取支護參數(shù)為：拱頂部位（0.8～1.0）m×（0.8～1.0）m，拱頂以外部位（1.0～1.2）m×（1.0～1.2）m；對于V級巖體，整體穩(wěn)定性非常差，選取的支護參數(shù)為：拱頂部位（0.6～0.8）m×（0.6～0.8）m，拱頂以外部位（0.8～1.0）m×（0.8～1.0）m，局部特別破碎區(qū)域還要采用金屬網(wǎng)配合支護，以達到支護強度要求，保證巷道穩(wěn)定性。在無法實現(xiàn)卸壓的礦段，巷道收斂變形較大，是支護工程的重點關注區(qū)域，要根據(jù)工程現(xiàn)場的情況，相應地提高支護等級，減小支護參數(shù)，并加強巷道變形監(jiān)測，嚴防片幫等安全事故的發(fā)生。

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2011－11－29）

薛思讀（1974－），吉林農(nóng)安人，工程師、國家注冊安全工程師，主要從事礦山安全生產(chǎn)技術管理工作，Email：XDJKXSD＠126.com。