高海拔破碎巷道支护参数优选.pdf
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1、第 卷第期有色金属(矿山部分)年月犱 狅 犻:犼 犻 狊 狊 狀 高海拔破碎巷道支护参数优选严体,孙进辉,田敏(云南铜业矿山研究院,昆明 ;昆明有色冶金设计研究院股份公司,昆明 )摘要:巷道支护参数选择的合理性是保障巷道稳定的关键。针对高海拔破碎围岩巷道变形严重的问题,以某矿山的运输平巷为工程背景,采取现场岩体结构调查,调查巷道的变形破坏状态,采用巷道松动圈声波测试,松动圈厚度在 ,巷道支护松动圈分类为中松动圈类。基于上述研究,初步确定支护参数,最后用数值模拟软件对支护参数进行优化,采用喷锚网联合支护能满足要求,锚杆网度 ,锚杆长度 ,喷射混凝土厚度 联合支护能满足安全要求。研究成果为该矿区巷
2、道的支护设计提供了理论依据,也为类似工程的设计及施工提供借鉴思路。关键词:破碎围岩;巷道;松动圈;支护参数;数值模拟中图分类号:文献标志码:文章编号:()犗 狆 狋 犻 犿 犻 狕 犻 狀 犵 狋 犺 犲狆 犪 狉 犪 犿 犲 狋 犲 狉 狊狅 犳 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 犳 狅 狉犫 狉 狅 犽 犲 狀犺 犻 犵 犺 犪 犾 狋 犻 狋 狌 犱 犲 狉 狅 犪 犱 狑 犪 狔 狊 犻 狀犿 犻 狀 犲 狊,(,;,)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,;,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;收稿日期:作者简介:严体(),男,采矿高级工程师,硕士,采矿工程专业,主要从事矿山开采研究工作。:在矿山
3、开采过程中,地压易导致巷道发生变形及破坏,合理有效的巷道支护可以极大程度地减少地压对生产活动的影响。针对高海拔地区的破碎巷道,近年来,国内外的专家学者开展了大量研究并取得了系列成果,针对矿山的高应力、软弱、破碎巷道,围岩变形量大、支护难,支护方案为多种单一支护方案的联合支护,取得了较好的效果。马胜杰等以某铜矿巷道为研究背景,在工程地质条件研究的基础上,利用 离散元软件构建了矿山巷道的三维数值模型,设计了因素水平()支护参数的正交试验方案,获取了在不同参数条件下的变形规律和支护效果。通过对巷道支护参数优化以及经济合理性比较分析,确定了较优的巷道支护参数,即 锚 杆 直 径 、长 度 、间 排 距
4、 ,混凝土喷射厚度 。王能跃等以锦丰金矿深部回采过程中巷道失稳问题,进行了深部巷道变形破坏机理分析,采用“钢网树脂锚杆纤维混凝土”联合支护优化方案,支护效果显著,两 帮、顶 板 累 积 位 移 量 较 原 方 案 分 别 下 降 了第期严体等:高海拔破碎巷道支护参数优选 、。史磊等对云南某矿山无轨运输巷道膨胀性花岗岩引起的工程灾害进行研究,通过超声波波速测试,矿山花岗岩松动圈范围在 ,原有支护不能满足工程实际;采用喷锚网联合支护时,锚杆长度 ,间、排距分别为 和 时的支护效果最好;现场工业试验发现巷道变形在施工个月左右趋于稳定。廖元欢等以川南某矿巷道为工程背景,通过监测关键点位移变化情况,将监
5、测位移与尖点突变理论结合,建立巷道围岩稳定性判定的数学模型。随着开挖顶板、底板和两帮会逐渐发生失稳变形,在开挖到第步时发生突变围岩破坏,结合同一层位回风巷道支护情况,通过数值模拟研究锚杆长度对巷道支护的影响,最终确定锚杆长度在 时能很好地控制围岩变形,塑性区体积和围岩变形量显著降低。陈才贤等以西藏巨龙铜矿主运输皮带巷道为研究对象,针对高海拔软破大断面皮带运输巷道支护难题,采用支护方案为“超前支护”“长锚索短锚杆钩花网支护”“钢架喷射混凝土支护”联合支护,现场监测结果表明该支护方案能够满足巨龙驱龙段矿区皮带运输巷道运输矿石的安全需求。贾明魁等运用锚网支护基本理论,计算选择锚网支护参数,采用“锚网
6、锚索注浆”的联合支护技术,得到了良好的支护效果和经济效益。杨亚平等针对金川矿区深部高应力破碎岩体巷道围岩变形量大、支护难、使用周期短等特点,提出了中空锚杆钛克网喷射砼支护、精轧螺纹钢双垫板支护、双层喷锚网高强锚索支护、网喷锚支护等新型支护方案。夏辉等针对大断面运输巷道变形严重难以控制的问题,以某矿山 中段回采巷道为工程背景,提出“喷锚支护”和“超前支护”两种不同形式的围岩控制措施。郭延辉等 针对云南某铅锌矿 坑 中段阶段运输大巷应力高、围岩松软破碎、难于支护的情况,提出了“锚注锚网喷”联合支护方案。张延旭等 针对某矿 层煤顶板破碎实际情况,确定了“注浆膨胀锚杆锚索钢筋网钢带”的支护方案。本文以
7、某高海拔矿山的运输巷道支护为工程背景,矿山在实际生产过程中,现有的支护方式成本较高,通过对工程地质调查与分析、实验室试验、松动圈测试、支护方案与数值分析等技术手段,确定合理的巷道支护参数,具有一定的指导和参考意义。工程地质条件矿区内出露地层包括第四系()及上三叠统()下部地层。矿区内石英闪长玢岩分布广泛,与变质砂板岩共同构成矿体顶、底板围岩,岩层倾角一般为 ,属陡倾斜单斜构造。石英闪长玢岩岩性坚硬,成岩裂隙及构造裂隙发育,浅部岩石长期裸露风化较强。深层裂缝的发育减弱,通常充满碳酸盐岩脉和金属脉。与浅部相比,它们具有更好的坚固性和完整性。矿区内断层规模小,多为发生并消失于石英闪长玢岩中的近走向高
8、角度断层,一般未切割、连通矿区内主要含水层,富水性较弱,对矿坑充水影响不大。通过详细线观测方法进行了岩体结构面调查,大部分岩(矿)体结构面都是以三组或三组以上发育,结构面相互贯穿,岩(矿)体往往被切割成碎块,使岩(矿)体主要呈现出碎裂结构,降低了岩(矿)体的力学强度,对巷道的稳定性影响较大。巷道破坏形式及支护现状在巷道的掘进过程中,打破了矿山的初始应力的平衡状态,应力会重新到达平衡,二次应力在重新平衡的过程中,岩石将产生不同程度的变形、破坏,当重新平衡的岩石中的应力超过破坏强度时,巷道便发生变形与破坏,因此,矿山的岩(矿)体的结构特征及岩体力学强度对巷道工程的稳定有着重要的影响。矿体主要产于石
9、英二长斑岩和石英闪长玢岩中,成岩裂隙及构造裂隙发育,对巷道工程的稳定性起控制性作用。根据大量的现场调查发现,、中 段 均 有 巷 道 破 坏 现 象,、和 中段的巷道破坏则更为严重,现已封闭,禁止人员进入。矿山目前主要采用五种方式对巷道进行支护,即钢架支护、混凝土浇灌支护、喷锚网支护、素喷混凝土支护和超前锚杆支护,通过对 、中段的详细调查及统计,素喷混凝土支护、喷锚网支护、钢架支护、混凝土浇灌支护、超前锚杆支护在整体巷道支护中各占的百分比分别为、。在 中段巷道支护方面,采用了喷锚网支护,锚杆长度 ,锚杆间排距,喷射混凝土厚度为。在岩体破碎不稳定的情况下采用钢架和圆木接顶支护,在振机出矿处,采用
10、先素喷再挂网的支护方式。在掘进的巷道局部遇到破碎松软岩层,巷道围岩遇水和空气容易快速风化,岩体强度降低,掘进过程中采用超前锚杆支护,并加塞圆木加强支护结构与围岩的紧密接触。上述巷道支护情况如图所示。有色金属(矿山部分)第 卷图喷锚网支护犉 犻 犵 犛 犺 狅 狋 犮 狉 犲 狋 犲犪 狀 犮 犺 狅 狉犿 犲 狊 犺狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋图钢支架圆木支护犉 犻 犵 犛 狋 犲 犲 犾 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋 狉 狅 狌 狀 犱狑 狅 狅 犱狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋图先素喷再挂网支护犉 犻 犵 犉 犻 狉 狊 狋狆 犾 犪 犻 狀狊 狆 狉 犪 狔 犻 狀 犵犪 狀 犱狋 犺 犲 狀犺
11、 犪 狀 犵 犻 狀 犵狀 犲 狋 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋图超前锚杆支护犉 犻 犵 犃 犱 狏 犪 狀 犮 犲犪 狀 犮 犺 狅 狉 狊 狌 狆 狆 狅 狉 狋巷道围岩松动圈测试围岩松动圈测试结果是巷道支护方案选择和围岩稳定性分析的重要判据,此次试验为了准确获得矿山 中段以上运输巷道围岩松动破碎范围,选取巷道掘进后具有普遍代表意义的巷道进行松动圈测试。松动圈测试原理采用声波法测定围岩松动圈。声波测试基本原理,为硐室围岩处于高应力作用区其波速相对较大,而在应力松驰的低应力区中的岩体其波速相对较小,图为声波测试原理框图。根据这一原理,对硐室围岩进行声波波速测试。结合工程地质条件对测得的岩体纵波
12、波速进行分析,确定围岩是否松动,松动范围如何。图声波测试原理框图犉 犻 犵 犛 犮 犺 犲 犿 犪 狋 犻 犮犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿狅 犳 狊 狅 狌 狀 犱狑 犪 狏 犲 狋 犲 狊 狋测试时一般采用水作耦合介质,因此,测试上向孔时必须用水泵将水抽入上向孔。图为现场测试示意图。当孔中的水淹没两个接收探头时,即可进行数据采集,每隔 测读一次。图现场测试示意图(单位:犿犿)犉 犻 犵 犛 犮 犺 犲 犿 犪 狋 犻 犮犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿狅 犳狅 狀 狊 犻 狋 犲 狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵(犝 狀 犻 狋:犿犿)松动圈测试结果对矿山 、中段等的 个点进行了测试,测试结果见表。第期严
13、体等:高海拔破碎巷道支护参数优选表各测点松动圈测试结果犜 犪 犫 犾 犲犜 犲 狊 狋 狉 犲 狊 狌 犾 狋 狊狅 犳 狋 犺 犲 犾 狅 狅 狊 犲犮 犻 狉 犮 犾 犲犪 狋 犲 犪 犮 犺犿 犲 犪 狊 狌 狉 犻 狀 犵狆 狅 犻 狀 狋测点松动圈厚度测孔测孔测孔 中段 线测点 中段 线测点 中段 线测点 中段 线测点 中段 线左测点 中段 线右测点 中段 线之间测点 中段 线测点 中段 线测点 中段 线测点 除了 中段 线测点矿体的松动圈厚度为 左右外,其余 个测孔的松动圈厚度 在 。根 据 巷 道 支 护 松 动 圈 分类 ,当松动圈厚度犔 时,巷道围岩分类为 小 松 动 圈类;
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