鐵礦巷道圍巖穩定性分類研究范文

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《金屬礦山雜志》2014年第七期

1巷道圍巖穩定性分類依據

1.1巷道圍巖松動圈測試由于巖體結構及其物理力學性質的復雜性，目前巖石力學支護理論還難以通過理論分析上的數值計算方法定量評估支護荷載，但對于圍巖穩定性影響因素已有共識，主要有巖體強度、原巖應力(原巖應力有自重應力、構造應力、采動及巷道間相互影響)、水、支護性能、施工方法等［3］。巖體強度的影響因素有巖塊強度、巖體結構、結構面特征、節理發育程度、充填狀況、風化程度。松動圈厚度值是一個綜合指標，它全面反映原巖應力(包括采動應力)，巖體性質(包括其強度、裂縫、軟弱夾層等)及施工和水等的影響［7］。巷道支護圍巖松動圈分類表［7］以綜合指標作為圍巖分類依據。由于不同礦區的巷道圍巖物理力學性質與地應力差異較大，松動圈大小不同，巷道支護的難易程度也不同。因此不同礦區對應有適宜本礦區巷道圍巖性質的巷道支護圍巖松動圈分類表。

1.2冶金礦山錨噴支護巷道圍巖分類冶金礦山行業在考慮巖石單軸飽和抗壓強度、圍巖受地質構造影響程度、圍巖節理發育程度、節理寬度、巖層厚度等基礎上，將圍巖分為穩定、穩定性較好、中等穩定、穩定性較差四類，編制成冶金礦山錨噴支護圍巖分類表［8］。

2巷道圍巖松動圈測試與分析

2.1地質雷達探測方法在白象山鐵礦副井－450m水平沿脈東大巷、沿脈西大巷、水泵房硐室、主井－540m水平卸載硐室、風井－390m水平石門巷、－470m水平石門巷等巷道的頂、底板和兩幫布置測線，進行了巷道圍巖松動圈地質雷達探測。雷達探測沿著巷道斷面進行測線布置，連續記錄采樣，探測深度為5m。

2.2地質雷達探測結果與分析部分巷道松動圈范圍如表1所示。部分巷道測線的地質雷達探測剖面圖分別如圖1到圖4所示，從圖中可以看出:雷達波呈現較低頻、雜亂的多次震蕩顯示，說明圍巖在該處較為松散破碎，對雷達波造成一定程度的吸收。

3巷道圍巖工程分類

由于白象山鐵礦設計施工的巷道類型較多，其功能和服務年限也存在較大差異，且在不同中段巷道掘進過程中所穿越的地層也存在較大的不同，因此巷道開拓所采用的掘進與支護方式是否合理將嚴重施工效率與成本。根據巷道圍巖基本物理力學性質試驗、地質雷達松動圈測試結果，綜合采用冶金礦山錨噴支護圍巖分類和圍巖松動圈分類方法對白象山鐵礦主要巷道圍巖進行分類。在進行巷道支護圍巖松動圈分類時，擇有代表性的巖層和巷道測出松動圈的數值填入巷道支護圍巖松動圈分類表［7］中，得到白象山鐵礦不同水平巷道圍巖穩定性綜合分類表。在實際應用此分類表時，遇有遇水膨脹巖石或構造應力集中地區，應補測分類。巖石飽和狀態下單軸抗壓試驗結果表2所示，白象山鐵礦巷道圍巖穩定綜合分類如表3所示。該圍巖分類方法為初步分類，現場可根據巷道可能穿越地層特性，采用物探方法對圍巖進行預分析，并及時分析揭露后的巖層特性，確定圍巖準確類別，然后選擇合理的掘進和支護方式，從而優化巷道開拓施工方案與支護參數。

4基于圍巖分類的巷道支護對策分析

針對白象山鐵礦不同類型巷道工程特點，結合白象山鐵礦巷道圍巖穩定綜合分類表，進行合理的支護方式與支護參數的優化研究，制定出白象山鐵礦巷道支護方案選擇表，如表4所示。在根據白象山鐵礦巷道支護方案選擇表進行巷道支護設計時，應根據巷道不同的圍巖類別進行支護機理選擇:第I、II類圍巖采用懸吊理論進行設計，第III、IV類圍巖采用組合拱、組合梁理論來進行設計;在選擇支護形式和參數時，若同一類圍巖受采動影響或巷道布置較為密集，應該加大支護強度;第V類巷道圍巖主要位于斷裂破裂帶中，圍巖松散破碎，構造應力大，穩定性較差，同時受高壓裂隙水的作用，因此，應該對這類圍巖進行加強支護，制定更加合理、安全可靠的支護方案技術方案。

5圍巖變形監測分析與評價

巷道圍巖變形監測可以反映巷道開挖后圍巖的變形收斂特征，檢驗巷道支護結構、設計參數及施工工藝的合理性，為修改、優化支護參數提供科學依據。圍巖表面收斂位移量測采用收斂計，每隔30～50m布置1個監測斷面，每個監測斷面采用中腰十字布點法共布置4個測點，部分巷道圍巖位移隨時間變化曲線如圖5所示。由圖5分析可知，5個巷道收斂變形與頂底板收斂變形曲線趨勢基本一致:隨著時間的變化呈現加速變形階段、波動變形階段以及穩定變形階段。巷道兩幫收斂變形約為2.93～5.85mm，平均值約為3.88mm;巷道頂底板收斂變形約為0.437～3.431mm，平均值約為1.73mm。巷道收斂變形曲線表明:巷道兩幫圍巖收斂變形量大于巷道頂底板圍巖收斂變形量，說明巷道頂板錨桿有效的約束了頂板圍巖的變形，應該加強巷道兩幫圍巖的支護，以提高兩幫支護抗力與支護結構的整體穩定性。

6結論

(1)基于巖石基本物理力學性質試驗和地質雷達松動圈探測結果，綜合采用冶金礦山錨噴支護圍巖分類和圍巖松動圈分類方法，對白象山鐵礦主要巷道圍巖進行分類，制定出白象山鐵礦巷道圍巖穩定綜合分類表，將巷道圍巖穩定性分為穩定的I類、穩定性較好的II類、中等穩定的III類、穩定性較差的IV類以及穩定性極差的V類。(2)以白象山鐵礦巷道圍巖穩定綜合分類表為基礎，對每類巷道圍巖穩定性狀況進行分析，進行合理的支護方式與支護參數的優化研究，制訂出白象山鐵礦巷道支護方案選擇標準，有效地指導了白象山鐵礦巷道支護設計。(3)巷道圍巖變形監測分析結果表明，參考白象山鐵礦巷道圍巖穩定綜合分類表，針對不同的圍巖類別選用合理的的支護形式與參數，可有效地控制巷道圍巖兩幫及頂底板的收斂變形，保證巷道的長期安全與穩定。(4)工程實踐表明，以白象山鐵礦巷道支護方案選擇標準為依據進行巷道支護設計，可以大大減小巷道支護形式與參數選取時的盲目性，有效地指導了巷道支護設計工作，具有較高的工程應用價值。

作者：齊彪韓立軍陳軻孫茂貴黃小忠張建單位：中國礦業大學力學與建筑工程學院深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室馬鋼(集團)控股有限公司姑山礦業公司白象山鐵礦