隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试

张海磊 刘 涛 郭生茂 孙 嘉 王成财 周健强

(西北矿冶研究院，甘肃白银730900)

我国华东某铜矿是典型的千米深大型矿山，具有高地应力(32～38 MPa)、高原岩温度(30～38℃)等特点。该矿的矿体主要由含铜磁黄铁矿、含铜蛇纹石和含铜矽卡岩等构成，矿体节理裂隙不发育，岩性坚硬，稳定性较好，f=8～16。矿体顶板主要为黄龙组、船山大理岩，厚46～68 m。底板主要为石碳系下统高丽山组灰岩、粉砂岩和石英闪长岩，厚度14～24 m。矿床地应力最大主应力方向与矿体走向大体一致，为NE～SW方向，近水平，量值在20～38 MPa，属高应力区［1-2］。

该矿矿体回采分3个步骤进行，即第1步骤回采矿房，然后采用全尾砂胶结充填;第2步骤回采矿柱，然后采用全尾砂充填;第3步骤回采隔离矿柱，采用全尾砂充填。各步骤回采的矿量分别占矿体总储量的42%、38%和20%。

本研究通过对该矿底部结构巷道进行围岩松动圈测试，判断其破坏情况及其在回采过程中可能出现的稳定性问题，为隔离矿柱回采设计和施工提供依据［2-12］。

1 巷道围岩松动圈测试

1.1 测试分析方法

松动圈厚度是岩体强度、岩体结构、弱面影响、围岩风化、水、自重应力、构造应力等诸多因素在开巷后互相作用的产物，是一个多因素综合性的指标［3］。

隔离矿柱底部结构巷道松动圈分布规律现场测试采用RSM－SY5声波仪，并对测试结果进行分析，得出沿孔深方向的波速变化曲线(即VP－L曲线)及巷道围岩松动圈范围的截面图。

1.2 测站布置

根据测试目的及测试原则，结合该矿底部结构巷道实际情况，在－760 m水平布置4个测试断面，命名为1#～4#断面，在－790 m水平布置4个测试断面，分别命名为5#～8#断面。

1.3 测孔布置

在每个测试的断面布置3个测孔(见图1)，分别位于巷道的拱顶和两帮的位置，共设计布置了24个测孔，每个测孔深为2.2～2.5 m，直径为38～42 mm。

图1 松动圈测孔布置Fig.1 Layout of loose circle measuring holes

2 测试结果

根据测试方案共进行了2次测试，通过对2次测试结果进行对比分析来确定巷道围岩松动圈值。

2.1 测试声波图

通过对该矿底部结构巷道进行松动圈测试，得到各测孔的声波曲线，借以判断沿孔深方向不同测点的声速(声时)。部分测孔的声波曲线如图2所示。

2.2 各巷道断面VP－L曲线

以所测巷道断面上每1个测孔各测点的VP值为纵坐标，以孔深L为横坐标，绘制出了相应的VP－L曲线图。

(1)－760 m水平第1次松动圈测试。在该矿－760 m水平第1次松动圈测试中各底部结构巷道各断面VP－L曲线如图3所示。根据各断面松动圈测试的VP－L曲线，可得到－760 m水平第1次松动圈测试结果，如表1所示。

图2 部分测孔波形Fig.2 Waveforms of some measuring holes

表1 －760 m水平第1次松动圈测试结果Table 1 Results of 1st section loose circle test in-760 m level m

(2)－790 m水平第1次松动圈测试。在该矿－790 m水平第1次松动圈测试中各底部结构巷道各断面VP－L曲线如图4所示。根据各断面松动圈测试的VP－L曲线，可得到－790 m水平第1次松动圈测试结果。如表2所示。

表2 －790 m水平第1次松动圈测试结果Table 2 Results of 1st section loose circle test in-790 m level m

(3)－760 m水平第2次松动圈测试。为了能更好地反映该矿底部结构巷道松动圈变化情况，特对－760 m水平断面进行了2次松动圈测试，结果如图5所示(因－790 m水平测试条件不具备，未对其进行测试)。根据松动圈测试的VP－L曲线，可得到－760 m水平第2次松动圈测试结果。如表3所示。

图3 －760 m水平第1次松动圈测试断面VP－L曲线Fig.3 VP-L curves of 1st section loose circle test in-760 m level

图4 －790 m水平第1次松动圈测试断面VP－L曲线Fig.4 VP －L curves of 1st section loose circle test in-790 m level

表3 －760 m水平第2次松动圈测试结果Table 3 Results of 2nd section loose circle test in-760 m level m

3 测试结果分析

3.1 松动圈测试结果分析

根据2次松动圈测试，得出的该矿－760 m和－790 m水平具有代表性的断面松动圈测试的数据结果如表4。

由表1、表2、表3可得结论:

(1)－790 m水平各断面相应位置松动圈值普遍比－760 m水平断面相应位置松动圈值大，说明埋深对松动圈大小有影响。

图5 －760 m水平第2次松动圈测试各断面VP－L曲线Fig.5 VP-L curves of 2nd section loose circle test in-760 m level

表4 不同水平下松动圈测试结果Table 4 Results of section loose circle test in different levels m

(2)同一断面顶板松动圈值比两帮松动圈值大，验证了构造应力方向对松动圈的影响。

(3)由于2次测试相差不大，说明所测地方围岩松动圈发展已趋于稳定。

(4)由于不同水平及不同位置松动圈值相差不大且松动圈值都属于中等水平松动圈，故该次测试所测松动圈为中等水平松动圈。

(5)由于测试是在已支护巷道进行，且巷道表面有1层0.1 m厚的混凝土，故测试结果应减去混凝土层(0.1 m)，为0.7～1.2 m。

(5)2次松动圈测试结果表明松动圈范围基本变化不大。

3.2 巷道围岩松动圈截面图的绘制

在获得各测孔的VP－L曲线，并划分好各自的松动带后，就可以绘制巷道围岩松动圈截面图。首先测量同一观测断面上各测孔孔口的位置和孔的角度，连同孔深按比例绘于巷道断面图上。其次，以各孔轴线为横坐标，VP为纵坐标，将VP－L曲线及划分的松动带，按相同比例尺绘制于同一断面图上。最后，用点划线将划分好的各测孔松动带的分界点圆滑连接起来，即成巷道围岩松动圈截面图。根据测得的数据绘制矿山底部结构巷道松动圈的截面图，如图6所示。

图6 隔离矿柱巷道围岩松动范围截面示意Fig.6 Schematic view of isolated pillar roadway loose circle

3.3 松动圈分类与支护方案选择

根据董方庭的相关研究［1］，该矿山属中松动圈较稳固至一般稳定围岩。可采用喷锚联合方式支护新开挖出矿巷道和进路。在局部破碎区域及出矿眉线处采用喷锚网联合支护方式。锚杆长度大于2.5 m，网度为1 m×1 m，永久喷层厚度大于100 mm。实践表明，巷道顶板和两帮围岩均无垮落现象出现，支护效果良好［1，4-12］。

4 结语

松动圈支护理论把松动圈作为支护的依据，根据不同的松动圈值对巷道采取不同的支护方式，松动圈越大，支护越难。本研究通过对某铜矿底部结构巷道进行围岩松动圈测试，判断其破坏情况及其在回采过程中可能出现的稳定性问题，为保证隔离矿柱内各种工程巷道稳定和隔离矿柱各采场的施工设计等提供依据。

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