回采进路稳定性分析及有效支护方法研究.pdf

一 回采进路稳定性分析及 有效支护方法研究 北京 有色冶金 设计研究总院 里 ； ／4 学 【 擅要 】 吉林镍业公司大崎矿属于救酸矿岩的难采矿体，回采进路的维护是一难题．本文通过 瓤 圹 关 键 词 型 墨 垄 墅 、 墨里 垫 竺 苎 望 、 譬 辇 錾 考 i 。 友 ， 1 问题的提出 吉林 镍 业公司大岭矿， 自1 9 9 2 年全面展 开地下开 采的 基建工作至今， 开拓系统 已形 成， 即将投产 。 基于矿 区地质 条件复杂 、地表 不允 许 陷 落和矿石品位低等因素而选用分段胶结充填 采 矿法 。由于 用YG Z 一 9 0 钻机 凿立面 扇 形 中 深孔，用 WJ D一 1 ． 5 电动铲运 机 出 矿，要 求 掘进 较大断面 回采 进路。 实践表明 ，当进路 通过构造发 育的橄辉 岩，蚀变辉岩等极不稳固的岩层时，地压显 现极为 明显，巷道 往往处于失稳甚 至 冒落状 态。所以，对 回采进路的稳定性进行分析更 为 重要 。 2 矿床地质特征 该矿 体是 经多 次蚀变而成的侵染 硫化铜 镍矿床 。矿 体形态 呈两翼 薄 ，中 间 厚 的 凹 形， 地 表 有 露 头， 自S E向NW倾斜 。倾 角 4 0 。 左右，厚度在轴 部 达3 0 5 0 m，两 翼 变 薄为l l S m。矿体赋存在橄榄 辉 岩 中 ， 矿 体 规模有 向下延 伸而 变小的趋势 ， 已探 清矿体 赋存在 十3 7 5 ～ 一l l 0 m之间 。 在 矿 体的NE 和 s w向外侧矿岩 接触 线上有FI 、F 两 大 断层 -- 12 -- 带，断层带 内岩石极为破 碎，结构疏松 。矿 石有橄榄辉岩、橄榄岩和蚀变辉岩三种，位 于轴黼多为橄榄辉 岩，矿石 品位 较高，构 造欠发育 ，稳 固性 较好。但偶 尔在 局部 也有 厚度不等的蚀变辉岩带，其稳 固性较差。橄 榄岩 分 布在矿 体 的凹部， 品位一 般， 裂隙 较发育 ，稳 固性较差 ，蚀 变辉岩多 位于靠近 F z 、F 断层部位，品位较低，构造 发育，稳 固性更差 。矿石 坚固性 系 数f 2 ～ 3 。矿体 上下盘 围岩分别为黑 云母 片麻 岩 、橄榄岩 。 巷道 揭露表明，岩石 比较稳 固，但在矿 体与 围岩接触带上，有一些较小的破碎带。 由于矿体在 成矿 过程 中和 成矿 后多次蚀 变挤压等物理力学作用下，矿石构造较为复 杂，有纵向节理、横 向节理和斜交节理等， 其 中又 以纵 向节理为主，往往 将矿石切 割成 不 同尺寸的块状体，节理面多数未裂开，很 少含水，极少数节理面问含低粘性充填物。 矿体内含有较多的片理化带，是经石黑化的 橄榄辉岩，表面 光滑，f 0 ～ l 。 3 采场进路 的观测 该矿 采用上 向进 路分 段充 填法 回采 ，凿 岩 YGZ 一 9 0 型凿岩机 和 出矿 WJ D一 1 ． 5 型 电 动 铲 运 机均在 回采 进 路 中 进 行。因 有 色矿 山 】 9 0 0 ． 6 维普资讯 此 ，回采进 路断面必须满足 工艺 要求， 回采 进路为宽2 ． 5 ～3 ． 0 m、离2 ． 8 m 的拱形断面。 试 验采 场位 予1 5 6 m与1 6 8 m水 平 之问， 其 间布 置了8 条进 路，见 图1 。 5 6 口 水早 j 6 8 m 木平 图 1 分层 平面 图 2 、4 a 8 为 回采盎 路绽 号 为 了评价地质构造 及节理 弱面的特征对 进路 掘进 稳 固性的影 响作用，在8 条 进 路中 布置 了l 6 条详细 线，对 揭露的进路进 行了观 测。 详细线的布置是根据岩层及构造的分布 和 工作条件 ，在 选择的进路壁上 布置 一条皮 尺 ，在皮 尺 上i m，下l m，长2 0 3 0 m的 范 围 内随机量 测节 理等构造 点若干个，登记 每 个节理的距 离 、岩石类 型 ．构 造 类 型，倾 向、倾 角、长度 、搭 接长度 、裂 晾宽度 、终 端和充填物类型以及水文情况等1 5 个节理特 征参数，对节理、断层及矿岩变化等构造弱 面进 行 了系 统量 测和统计工作 。 通过观 测、统计 及量测，并结 合太岭矿 地质报告叙 述核实， 由于太岭矿矿体 受Nw 向挥发河深断裂的次一级压扭性断裂构造控 制，矿体分布于F - 太断层的上部，岩体的矿 床成因类型为岩浆熔离硫化铜镍矿床，在挤 压 、蚀变 及风化作 用等地质力学的作 用下， 构成 了复杂的 地质构 造 。因此， 当回采进 路 穿透 矿体时 ，进 路 内裂 隙、节 理及破碎带 极 其发育，破坏了岩体的稳定性，使已揭露的 回采进 路发 生了片帮与 冒落 现 象，见 表 1 。 裹1 回采 进路破坏 及支 护记录 4 回采进路的稳定性分析 依据进 路详 细线的记录 统计分析，并通 过 施工 跟踪观察， 1 5 6 m水平2 、 4 号进道 稳 固 性最好，1 6 8 m水平的4 号进路稳固性较好， 1 5 6 m和 1 6 8 m水平的6 号进路稳 固性最 差。但 1 6 8 m水平 4 号进 路2 5 m处的 破 坏 属矿体进 路 破坏较为有代表性的地点。 1 6 8 m 水平4 号进 路2 5 m处失 稳破 坏 巷道的详细线 及赤 平投影 见 图2 。 通过图2 可 以看出，在这段 进 路，不 仅 受到 交叉节 理的控 制，而且还 有 断 层 的 影 响，在断层的附近还有一条 片 理 化 带。因 此，在这段进路揭露后虽喷射一层砂浆，最 终还是发生了冒落及片帮。从图2 中 可 以看 出，主 要4 组节 理对进路破 坏 严 重，其 中B 组中的6 号节理倾向1 3 0 。 ，倾角4 5 。 ，对进路 方位5 0 。 稳定性影响最大。当 进 路揭露 后，地应力重新分布，当应力集中超过岩体 强度时，在断层厦片理化带处首先破 裂，B 组节理随之产生岩体移动，致使进路巷道失 稳 。所 以，进路巷道掘进中，重点研究进路 前进方向节理及地质构造极为重要。通过对 重点地段的研究，注意节理的倾 向、倾角及 回采进路稳定性分圻殛有效支护方法研究 王佩盾 邮编1 0 0 0 3 8 一 1 3 维普资讯 圈2 进路详 细线及赤乎投影 图 地质构造来指导支护中锚杆布设的方向、角 度 、周度及对本 地段的 支 护方式 、时间等 。 进路的破坏形式主要为顶板冒落，常发 生在断层或节理裂隙板其发育的矿岩中。由 于顶板中有极其发育的斜交节理， 冒落后的 轮廓星平整的三角形，也有 重 复 的冒 落出 现，是因第一次 冒落点后面滑面 仍 为 斜 交 兰角节理， 冒落至最小重叠点为止，冒落高 度取决于斜交节理交错 情况， 冒落高度0 ． 8 ～ 4 m。如若遇有片理化带的平 行 节 理，有继 续向上抽条的现象。 顶板破坏 冒落的力学机理是由于弱 面的岩石被切割成了形状和大 小 不 同 的块 体，在 其 自重或外 界因素 振动、风化作 用下，在弱面处产 生的下滑力超过侧向摩擦 力的支持 时，块 体失 去平衡 ，从而 冒落 。可 以分析出，进路从矿体中揭露后，顶板 冒落 的主要内因是矿体的节理及构造弱面影响。 顶板冒落，外部因素也起到了不可低估 的作用。统计结果可以 看 出 表1 ，进路 顶顿的 冒落一般发生在进路揭露后一个星期 左 右，此时 进路 基本 无支护或 喷 射 一 层 薄 浆。因此，进路支护滞后也是影响进路稳定 性的主要因素。在进路的顶板处，i n 若投有 及时采取有效的支护手段，经过一定时间， 由于相邻进路的爆破振动或地 压 显 现 等影 响，使节理或构造弱面控制的岩块受到张力 及剪力的 作用， 造成脱 落，给进路掘进带 来 困难 。 B 扭 l苦理 赤平 圈 5 保证回采进路稳定性的 合理措施 根据现有 巷道 回采 进路统计，其破 坏率为2 6 ． 4 。进路破坏的原因主要是 ① 在不稳 固区域掘进未采取相应的技术措施， ②支护方式不台理，③暴露时间长，束及时 加 以支 护或 二次加 固。鉴于 以上 问题， 采取 了下列措施，实践证明是有效的。 5 ． 1 进路掘进采取光面爆破 在软破矿岩的掘进中，围岩在未爆破成 巷之前受力是平衡的。一旦开挖必然 I 起应 力重新分布，在巷道周边产生应力集中，一 般应力集 中系数为2 ～3 ，如遇有超欠挖成型 差 ，应力集 中局部破坏 后， 进而诱 发较 大的 地压 出现，使巷 道失稳破坏 。光 面爆 破是在 满足开挖要求的前提下尽量少装药，使炸药 在炮孔中均匀分布，减少爆破时对 围岩的扰 动 ，力 求成型平整 ，表面光滑，保 证巷道的 稳定。 5 ． 2 依据 进路的稳 固性 进行支 护 通过对进路的观察及其它岩 石 力 学 手 段，证明 回采 进路的稳 固性 随地质 情况变 化 面不同，故需采取相应的支护措施，才能保 证 进路不 被破 坏，具体支 护形 式见 表2 。 大岭矿试验采场 回采 进路的 8 0 为 不稳 固巷道，采用了喷锚网支 护，锚 杆 间 距为 0 ． 8 ～1 ． O m，喷混凝 土厚5 0 l O O mm，金 属 一 l 4 有色矿 山 l 9 日 6 ． 6 维普资讯 表2 巷道 相关 参数及 支 护方式 分 级娄￡ ’ 稳 固 巷 道 中 稳巷道 不 骢巷道 极 不穗固巷道 点荷 载 强空 M P4 - 8 圈岩工程地质特征 支护方式 缩构面蕊其参数 整体 结 构 2 组 ． 1 I[t l 大 块结 构 2 ～3 组 0 ． t m 碎 块结 摘 3 墨 ． o． 4 m 片 桡结 构互 相交 织髓机 分 布 五嘎显方向性 不支 护 或局部 支护 喷儡 凝 土5 O mm或 锚 秆支 护 i i[t l 1 i[t l 喷 锚 时妻护 。喷厚 5 01 0 0 ram．锚杆 网度 0 ． 8 ram O ． 8 mm．金 属 网孔 ． 1 5 0 ram1 5 G m K t l 噎 锚 网一 支护 或 必要 时采 取二敬 支护 网网格为 1 5 0 ram1 5 0 ram， 其中锚 杆 采 用 了快 硬水 泥卷锚杆 。 实践证明，这些常规 方法 从技 术经济角 度来看是比较切实可行。因为，目采进路存 在时阔短，随采矿推进而逐渐消失，并非永 久性工程，只要在服务期 内满足采矿工艺要 求即可。因此， 回采 进路的支 护是一种动态 中的相对的 短暂平衡 。 5 ． 3 巷 道的掘进 与支护一体 化 回采进路的施工工序主要包括掘进与支 护。在生产中常常是掘后不支，坏了再支或 不坏不支，这样就出现了支护的恶性循环。 所以，在生产工区中必须成立掘进支护综台 工作 队， 把掘进与 支护形成一个整 体， 按设 计要 求进 行施工， 进行验收，严格 把关 。 8 结束语 大岭矿 现在 处于试 验阶段，还 未正 式投 入生产。从试验初期看出，由于矿体成因复 杂 ，巷道 圊采进路维 护是一大难 题 ，在 施工 中出现 了这样或 那样的 问题都得 到了解 决。从 目前情 况看， 还需对 巷 道 围 岩 顶 板、两帮l舳变形、压力以及支护层应力等 加强监测，给巷道维护提供详实的理论及实 践指导 。 参考文献 略 欢迎订阅i 9 9 7 年 中国矿业 杂志 邮发代号 ＆ ～1 3 2 中国矿业杂志，国家科委批准，中国矿业协会主办，双月刊，每期额定版面8 8 页， 激光照排，胶版印刷，1 6 开本，全国矿业应用科技期刊，国内统一刊号C N1 1 “- - 3 0 3 3 ／ T D，国 际连续 出版物号I S S N1 0 0 4 --4 0 5 1 ，邮发代号8 1 3 2 ，公开发行，中央级矿业核心船刊。 中国矿业杂志是我国矿业界集政策性，权威性、技术性与可读性融为一体的练台性 科技期刊。办刊任务是 ； 报道国家矿产资谅开发的方针政策； 推广交流矿业生产 ，建设经验I 反映设计 、科研成果 、新技术，新方法、新工艺在实践中的应用；促进国内外学术交流，推 动矿山企业的科学管理，增强矿山企业生产活力，加速采掘工业的发展。 中国矿业杂志读者对象地质矿产，煤炭 ，黑色冶金、有色金属、化工、建材、轻 工、军矿、铀矿冶，非金属等矿山企事业单位高中级科技人员，管理干部，矿业高等院校教 师、 高校 高年级学生 。 “ 中国矿业 杂志，单月1 5 日出版，彩色封面复膜 ， 全年出 6 期，总价4 5 元 7 ． 5 元／ 册 。 社址北京北礼士路7 0 号 1 0 0 0 3 7 电话0 1 0 --6 8 3 6 4 1 3 6 辽宁鞍山南胜利路3 5 号 1 1 4 o o 2 电话；{] 4 1 2 --5 5 3 5 3 1 9 回采避 略稳定性分析及有鼓盘护方 法研究王佩盾 ‘ 邮犏l 。 0 。 3 8 一 l 5 一 维普资讯