金川矿山深部巷道围岩松动圈厚度测试与分析.pdf

第4 5卷第 8 期 2 0 1 4年 8月 中南大学学报 自然科学版 J o u r n a l o f Ce n t r a l S o u t h Un i v e r s i t y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Vb 【 ．45 NO ． 8 Au g ． 2 01 4 金川矿山深部巷道 囤岩松动圈厚度测试与分析 曹平 一 ，陈冲 1 , 2 张科 一 ，蒲成志 1 , 2 刘涛影 ， 1 ．中南大学 资源与安全工程学院，湖南 长沙，4 1 0 0 8 3 ； 2 ．中南大学 湖南省研究生创新基地，湖南 长沙，4 1 0 0 8 3 摘要为了分析金川深部巷道底臌形成过程以及支护对巷道稳定性的影响，运用声波单孔探测法，使用水做耦合 剂，对巷道围岩松动圈进行测试。根据测出的深度一 孔深曲线和各测孔漏水情况得出 3个断面松动圈厚度以及围 岩破碎程度。研究结果表明初次支护设计对围岩松动圈有重要影响，巷道开挖支护一段时间后，松动圈厚度趋 于稳定，返修后巷道围岩松动圈厚度不会有很大变化。巷道顶板和底角的围岩松动圈比两帮的厚，特别是底角处 的松动圈较厚， 在巷道两帮传递的集中应力的作用下，易发生破碎与移动， 对于巷道围岩稳定性也有较大的影响。 因此，使用锚索或者长度大于 2 ． 5 m的锚杆支护顶底角，对于延长巷道使用期限、减少返修周期具有重要意义。 关键词深部开采；松动圈；破碎围岩底臌；巷道支护 中图分类号T D3 5 3 文献标志码A 文章编号1 6 7 2 7 2 0 7 2 0 1 4 0 8 2 8 3 9 0 6 M e a s ur e me n t a n d a n a l y s i s o f de e p r o a d wa y s ur r o un d i ng r o c k l o o s e z o ne i n J i nc hu a n mi ne CAO Pi ng 一， CHEN Ch o n g 一， ZHANG Ke 一， P U Ch e ng z hi 一， LI U Ta o y i n g ， 1 ． S c h o o l o f R e s o u r c e s a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i ty , C h ang s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a ； 2 ． Hu n a n P r o v i n c e I n n o v a t i o n B a s e f o r G r a d u a t e S t u d e n t s ， C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i ty, C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t 0 ana l y z e t h e d e f o r ma t i o n p r o c e s s o f the fl o o r h e a v e an d the e ffe c t o f s u p p o a o n t h e s t a b i l i ty o f r o a d wa y ,b a s e d o n a c o u s t i c s i n g l e - h o l e p r o b e me t h o d ，a n d u s i n g wa t e r a s a c o u p l i n g a g e n t ，me a s u r e me n t o f d e e p r o a d wa y s u r r o u n d i n g r o c k z o n e wa s ma d e i n J i n c h u a n mi n e ． T h e t h i c k n e s s e s o f t h e r e r o a d wa y s s u r r o u n d i n g r o c k l o o s e z o n e an d t h e i r d e g r e e o f fra g me n t a t i o n we r e g o R e n a f t e r an a l y z i n g the c u r v e o f d e p t h - s p e e d o f s o u n d an d h o l e l e a k s ． T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e i n i t i a l s u p p o rt d e s i g n i s i mp o r t a n t i n t h e e x p a n s i o n o f s u r r o u n d i n g r o c k l o o s e z o n e ，a fte r t h e e x c a v a t i o n an d s u p p o rt o f t h e r o a d wa y , i t s t h i c kn e s s o f s u r r o un d i n g r o c k z o n e wi l l t e n d t o b e c o n s t a n t a n d wo n’t c h a n g e t o o mu c h e v e n a f t e r r e s u p p o rt e d ． T h e l o o s e z o n e s i n the r o o f a n d b o t t o m c o me r a r e t h i c k e r t h a n t h o s e i n t h e s i d e wa l l ， e s p e c i a l l y o n e s i n t h e a p e x a n g l e a n d b o t t o m c o me r ． Un d e r t h e c o n c e n tra t e d s t r e s s f r o m t h e s i d e wa l l ，t h e s u r r o u n d i n g r o c k i n the a p e x a n g l e an d b o t t o m c o me r a r e e a s y t o c r u s h a n d mo b i l e ． S o i t i s i mp o rtant t o u s e a n c h o r o r anc h o r c a b l e wh o s e l e n g t h i s g r e a t e r t h a n 2 ． 5 m t o b r a c e the m． Th i s d e s i gn i s me a n i n g f ul t o ma k e l o n g e r u s e o f t h e r o a d wa y ． Ke y wo r d s d e 印 mi n i n g ； l o o s e z o n e ； fra c t u r e d s u r r o u n d i n g r o c k ； fl o o r h e a v e ； r o a d wa y s u p p o r t 随着对矿产资源的不断开采，地层浅部资源逐渐 减少，开采深度逐渐向深部发展，深部开采面临着高 地压、高井深 等问题。随着采矿深度的不断增加， 地质条件恶化，破碎岩体增多，岩体节理裂隙更加发 收稿 日期2 0 1 3 - 0 8 - 0 3 ；修 回日期2 0 1 3 ～ 1 0 ～ 1 8 基金项目国家 自然科学基金资助项 5 1 2 7 4 2 4 9 ；中央高校基本科研业务费专项资金资助项 H 2 0 1 4 z z t s 2 6 4 通信作者曹平 1 9 5 9 一 ，男，湖南祁东人，教授，博士生导师，从事岩土工程理论、实验研究；电话1 3 9 7 3 1 2 8 2 6 3 ；E - ma i l p c a o_c s u t o m． t o m 第 8期 曹平，等金川矿 山深部巷道围岩松动圈厚度测试与分析 2 8 4 3 到的信号强度也相对较低，表明 l 号和 2号断面的围 岩裂隙多，破裂程度大。由表 1 ～ 3可知1 号和 2号 断面的松动圈厚度比 3号断面相同部位的松动圈厚度 要大，表明巷道在掘进后，松动圈的厚度会随着时间 的延长有所变大， 最终趋于稳定； 2号已返修断面和 3 号未返修断面相比，松动圈厚度平均减少 0 ． 2 8 m，表 明巷道返修后，松动圈厚度并没有很大程度地减小。 因此，除地应力和围岩类型外，初次支护设计对于巷 道松动圈厚度也有重要影响。 3号巷道两帮进行松动圈测试时，虽然巷道壁上 的破裂缝中有水流出，但从测试结果看，其巷道围岩 松动圈厚度小，围岩破碎程度不大，但完整岩块之问 充满裂缝，且裂缝未闭合，形成贯通裂隙，导致NT L 中水流到巷道侧壁 。1号巷 道和 2号巷道侧 壁的围岩 破碎程度大，松动圈厚度大，测试时，巷道壁面水极 少，表明围岩已被压实。经分析可知，巷道在开挖初 期，围岩在高应力作用下变得破裂，其自身起到了天 然的卸压作用，有效保护了巷道底板的稳定，因此， 巷道开挖初期底臌并不明显。在巷道两帮发生卸压作 用的同时， 两帮岩体发生破碎，体积变大，在支护后， 两帮围岩在受到挤压，逐步被压实，压紧后，应力继 续向底板传递，当巷道两帮集中应力超过底板岩体的 极限承载力时，地板岩层发生剪切破坏，引发了巷道 底臌㈣ 。 在第 1期的松动圈测试 中，3个 断面顶 板和肩部 的测孔封闭孔口后往孔内注水时，绝大部分水顺着围 岩裂缝流走，停止注水，拔出堵 口橡胶囊，孔中流出 的水也极少，即使在第 2期探测中，加大水压，加强 孔口的堵水性，所测试的信号强度和稳定性也比巷道 侧壁和底角的测孔中所探测信号的差，说明巷道顶板 和肩部的围岩比巷道底板和地角的岩石更加破碎，裂 隙也相对较多。分别对比图 6中测出的 3 个断面的松 动圈厚度可知位于巷道顶板、肩部松动圈厚度比位 于两帮、 底角的松动圈厚度要大。 在金川巷道支护时， 应在顶板和底角使用长度大于2 ． 5 m的锚杆进行锚固， 必要时可以使用锚索进行加固支护。 对比表 1 ～ 3中的 3个巷道的底角处的松动圈厚 度 ，刚开挖的 1 号巷道底角松动圈厚度只有 1 ． 7 5 m， 且现场观测的巷道底鼓不明显，已返修的 2号巷道底 角松动圈厚度也小， 平均只有 1 ． 8 2 5 m， 其巷道底鼓也 不明显。然而，未返修的 3号巷道底角松动圈厚度大 于 2 ．4 5 m，厚度大且巷道底鼓明显。表明巷道底角围 岩的完整、松动松动圈厚度较小时，能承受较大的承 载力，变形和位移小，对底板的影响也小；当巷道底 角围岩破碎、松动圈厚度较大时，其能承受的承载力 有限。巷道开挖后，由于底角围岩属于应力集中区， 于是， 在底角基角部位产生塑性滑移线 】 ， 岩石破碎， 移动较大，其对巷道底臌也有较大的影响。 5 结论 1 使用声测法测量巷道松动圈的厚度，当以水 作为糅合介质时，可以结合孔中漏水速度判断围岩破 碎程度，为巷道支护中锚杆长度的设计提供依据，并 优化巷道联合支护方案。 2 巷道掘进支护一段时间后，巷道松动圈厚度 趋于稳定，即使返修后，巷道松动圈厚度稍微减小， 因此，合理的初次支护设计与施工对巷道松动圈厚度 具有重要影响。 3 巷道底角和顶板的围岩松动圈厚度大，两帮 的围岩松动圈厚度小，加强对巷道顶板的支护，加固 顶板的围岩，提高其承载能力，能降低从顶板传递给 巷道两帮的应力，使两帮对底板岩体的集中力在其极 限承载力 内，避免其发生剪切破坏；加强对底角的支 护，加固底角围岩，提高其承载力，减少其发生塑性 滑移的概率。两者都能有效地阻止巷道底鼓的发生。 1巷道掘进后，围岩随着时间的延长松动圈厚 度会有所变大，破裂程度也会升高，在后期返修锚固 结束后 ，应 该注 浆加 固围岩 ， 以提 高锚固支 护效果 ， 缩短维修周期并减少巷道维修费用。 参考文献 [ 1 ] 何满潮 ，谢和平，彭苏 萍，等．深部开采岩 体力 学研究[ J ] ． 岩 石力学 与工程 学报， 2 0 0 5 ， 2 4 1 6 2 8 0 3 - 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