逯富強(qiáng)

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)有限責(zé)任公司)

?

利用探地雷達(dá)探測(cè)采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈

逯富強(qiáng)

(馬鋼集團(tuán)姑山礦業(yè)有限責(zé)任公司)

摘要針對(duì)和睦山鐵礦采礦進(jìn)路圍巖特征，利用探地雷達(dá)探測(cè)了采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈范圍，并就該礦的采礦進(jìn)路支護(hù)提出了建議，為該礦巷道變形破壞特征與機(jī)理研究、支護(hù)設(shè)計(jì)與參數(shù)選取提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞探地雷達(dá)采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈支護(hù)設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)

和睦山鐵礦采礦進(jìn)路處于軟弱巖層中，主要特征是極軟弱、松散和破碎，且軟化和礦體粉化現(xiàn)象顯著，使得圍巖力學(xué)特性顯著降低，并伴隨圍巖體的碎脹和膨脹變形，使得無法實(shí)施有效的主動(dòng)支護(hù)等加強(qiáng)支護(hù)手段，無法形成穩(wěn)定可靠的主動(dòng)支護(hù)結(jié)構(gòu)，加劇了巷道后期的變形破壞。此外，由于圍巖應(yīng)力調(diào)整和巖體的碎脹、膨脹存在一定的滯后性，從而造成已施工的錨網(wǎng)噴巷道錨固體失效，加速了圍巖碎脹、膨脹，該類因素相互作用，直至圍巖和支護(hù)體完全破壞，失去結(jié)構(gòu)性和承載能力。為確定采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈的范圍，本研究采用探地雷達(dá)[1-2]對(duì)采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈進(jìn)行探測(cè)。

1采礦進(jìn)路圍巖變形破壞情況

本研究主要針對(duì)和睦山鐵礦后和睦山礦段采用無底柱分段崩落采礦法[3]的采礦進(jìn)路及后觀音山礦段采用上向水平進(jìn)路充填采礦法[4]的采礦進(jìn)路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并對(duì)采礦進(jìn)路變形破壞特征與地壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行分析。和睦山鐵礦典型的采礦進(jìn)路破壞形式有：

(1)頂板開裂、垮落。由于采動(dòng)應(yīng)力導(dǎo)致頂板受拉，節(jié)理開裂并逐漸增大，導(dǎo)致頂板冒落。進(jìn)路頂板處于礦巖接觸帶或斷層破碎帶中，巖性變化較大，處于其中的軟弱夾層承載力極低，在剪切應(yīng)力的影響下，極易發(fā)生破壞，并沿剪切滑移線脫落，形成較大的楔形破壞體。

(2)幫部壓剪破壞?；夭蛇^程中，距回采工作面8～10 m處的進(jìn)路為應(yīng)力升高區(qū)，該處進(jìn)路承受礦石崩落向幫部傳遞的支承壓力以及退采過程引起的應(yīng)力，兩者疊加，在數(shù)值上可達(dá)原巖應(yīng)力的3倍左右，大大超過了幫部圍巖的極限承載能力，導(dǎo)致幫部圍巖受剪、擠出。

2采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈探測(cè)

2.1探測(cè)方法

探地雷達(dá)是用于探測(cè)地下介質(zhì)(土層、巖層) 中管線、電纜或其他人工填埋物及空洞、裂隙破碎帶、斷層的專用儀器，具有無損檢測(cè)、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。本研究采用意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2探地雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，雷達(dá)主機(jī)與天線如圖1所示。

圖1　RIS-K2探地雷達(dá)主機(jī)及屏蔽天線

探地雷達(dá)與探空雷達(dá)技術(shù)相似，也是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測(cè)目標(biāo)體，是通過研究與分析電磁波在地下介質(zhì)中的傳播規(guī)律，查明介質(zhì)結(jié)構(gòu)、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。在和睦山鐵礦采礦進(jìn)路的兩幫、頂板及底板布置測(cè)線，進(jìn)行巷道圍巖松動(dòng)圈探測(cè)。雷達(dá)測(cè)線布置沿巷道軸向進(jìn)行(圖2)，雷達(dá)采樣方式為連續(xù)記錄。

圖2　探地雷達(dá)測(cè)線布置示意

2.2探測(cè)結(jié)果及分析2.2.1探測(cè)結(jié)果2.2.1.1后和睦山礦段采礦進(jìn)路

后和睦山礦段采礦進(jìn)路采用錨網(wǎng)噴全斷面支護(hù)，圍巖體基本為粉礦，較軟弱。相鄰采礦進(jìn)路均已完成回采，在采動(dòng)壓力作用下，巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重(頂板與幫部混凝土噴層大面積開裂，鋼筋網(wǎng)外露，并在局部有網(wǎng)兜形成)。在采礦進(jìn)路左幫、右?guī)透鞑贾昧?條測(cè)線，共布設(shè)了2個(gè)測(cè)試斷面、4條測(cè)線，探測(cè)結(jié)果見圖3。

圖3　探測(cè)剖面

2.2.1.2后觀音山礦段采礦進(jìn)路

后觀音山采礦進(jìn)路采用錨網(wǎng)噴全斷面支護(hù)，圍巖為閃長(zhǎng)巖，節(jié)理裂隙不太發(fā)育，巖性相對(duì)較好，巷道圍巖變形破壞不嚴(yán)重(頂板與幫部混凝土噴層局部開裂，鋼筋網(wǎng)外露)，在掘進(jìn)過程中，頂板局部有掉塊現(xiàn)象，探測(cè)結(jié)果見圖4。

圖4　探測(cè)剖面

2.2.2探測(cè)結(jié)果分析

后和睦山礦段、后觀音山礦段巷道圍巖松動(dòng)圈探地雷達(dá)探測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示。總體來講，和睦山鐵礦采礦進(jìn)路圍巖松動(dòng)圈范圍較大，基本屬大松動(dòng)圈范圍。

表1　圍巖松動(dòng)圈地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

3建議

(1)巷道圍巖分類方法研究?；谙锏绹鷰r分類方法，針對(duì)礦區(qū)具體的工程與地質(zhì)條件，建立巷道圍巖穩(wěn)定性判據(jù)，并與巷道圍巖松動(dòng)圈分類方法相結(jié)合，構(gòu)建科學(xué)、簡(jiǎn)潔、適用性強(qiáng)的巷道圍巖穩(wěn)定性綜合分類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)基于時(shí)效特性軟巖采礦進(jìn)路圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)研究?；贔LAC3D數(shù)值計(jì)算軟件，研究不同分層進(jìn)路開挖與礦體回采過程，分析開挖與回采后圍巖應(yīng)力、位移、塑性區(qū)的演化規(guī)律，揭示不同回采順序與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)進(jìn)路穩(wěn)定性的影響規(guī)律，確定合理的采礦順序與采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

(3)開拓與采礦巷道支護(hù)技術(shù)優(yōu)化研究?；谙锏绹鷰r分類標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外巷道支護(hù)理論與技術(shù)，開展巷道布置、采礦工藝及支護(hù)參數(shù)的優(yōu)化研究?；诓煌瑖鷰r穩(wěn)定的時(shí)間要求，分類提出合理的支護(hù)技術(shù)方案，形成巷道支護(hù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙奎，高忠，何文，等.膠結(jié)充填體裂縫探地雷達(dá)探測(cè)與識(shí)別研究[J].金屬礦山，2014(4)：17-21.

[2]孫祥鑫，何磊，明世祥，等.基于矩陣相似度的探地雷達(dá)成果圖解譯技術(shù)[J].金屬礦山，2013(10)：106-109.

[3]魏建海，黃興益，戈超，等.基于PFC2D的無底柱分段崩落法放礦數(shù)值模擬[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(12)：30-32.

[4]郎永忠,陳能革.多分層同步上向水平進(jìn)路采礦法在和睦山鐵礦的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8)：7-10.

(收稿日期2016-01-05)

逯富強(qiáng)(1980—)，男，工程師，243181 安徽省馬鞍山市。