逯富強

(馬鋼集團姑山礦業(yè)有限責任公司)

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利用探地雷達探測采礦進路圍巖松動圈

逯富強

(馬鋼集團姑山礦業(yè)有限責任公司)

摘要針對和睦山鐵礦采礦進路圍巖特征，利用探地雷達探測了采礦進路圍巖松動圈范圍，并就該礦的采礦進路支護提出了建議，為該礦巷道變形破壞特征與機理研究、支護設計與參數(shù)選取提供依據(jù)。

關鍵詞探地雷達采礦進路圍巖松動圈支護設計支護參數(shù)

和睦山鐵礦采礦進路處于軟弱巖層中，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，使得無法實施有效的主動支護等加強支護手段，無法形成穩(wěn)定可靠的主動支護結(jié)構，加劇了巷道后期的變形破壞。此外，由于圍巖應力調(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，直至圍巖和支護體完全破壞，失去結(jié)構性和承載能力。為確定采礦進路圍巖松動圈的范圍，本研究采用探地雷達[1-2]對采礦進路圍巖松動圈進行探測。

1采礦進路圍巖變形破壞情況

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

(1)頂板開裂、垮落。由于采動應力導致頂板受拉，節(jié)理開裂并逐漸增大，導致頂板冒落。進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處的進路為應力升高區(qū)，該處進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力，兩者疊加，在數(shù)值上可達原巖應力的3倍左右，大大超過了幫部圍巖的極限承載能力，導致幫部圍巖受剪、擠出。

2采礦進路圍巖松動圈探測

2.1探測方法

探地雷達是用于探測地下介質(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、檢測速度快等優(yōu)點。本研究采用意大利IDS公司生產(chǎn)的RIS-K2探地雷達進行探測，雷達主機與天線如圖1所示。

圖1　RIS-K2探地雷達主機及屏蔽天線

探地雷達與探空雷達技術相似，也是利用高頻電磁脈沖波的反射來探測目標體，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、屬性、幾何形態(tài)及其空間分布特征。在和睦山鐵礦采礦進路的兩幫、頂板及底板布置測線，進行巷道圍巖松動圈探測。雷達測線布置沿巷道軸向進行(圖2)，雷達采樣方式為連續(xù)記錄。

圖2　探地雷達測線布置示意

2.2探測結(jié)果及分析2.2.1探測結(jié)果2.2.1.1后和睦山礦段采礦進路

后和睦山礦段采礦進路采用錨網(wǎng)噴全斷面支護，圍巖體基本為粉礦，較軟弱。相鄰采礦進路均已完成回采，在采動壓力作用下，巷道圍巖變形破壞嚴重(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)。在采礦進路左幫、右?guī)透鞑贾昧?條測線，共布設了2個測試斷面、4條測線，探測結(jié)果見圖3。

圖3　探測剖面

2.2.1.2后觀音山礦段采礦進路

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

圖4　探測剖面

2.2.2探測結(jié)果分析

后和睦山礦段、后觀音山礦段巷道圍巖松動圈探地雷達探測結(jié)果統(tǒng)計如表1所示?？傮w來講，和睦山鐵礦采礦進路圍巖松動圈范圍較大，基本屬大松動圈范圍。

表1　圍巖松動圈地質(zhì)雷達探測結(jié)果統(tǒng)計

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)，并與巷道圍巖松動圈分類方法相結(jié)合，構建科學、簡潔、適用性強的巷道圍巖穩(wěn)定性綜合分類標準。

(2)基于時效特性軟巖采礦進路圍巖穩(wěn)定性控制技術研究。基于FLAC3D數(shù)值計算軟件，研究不同分層進路開挖與礦體回采過程，分析開挖與回采后圍巖應力、位移、塑性區(qū)的演化規(guī)律，揭示不同回采順序與采場結(jié)構參數(shù)對進路穩(wěn)定性的影響規(guī)律，確定合理的采礦順序與采場結(jié)構參數(shù)。

(3)開拓與采礦巷道支護技術優(yōu)化研究?；谙锏绹鷰r分類標準，結(jié)合國內(nèi)外巷道支護理論與技術，開展巷道布置、采礦工藝及支護參數(shù)的優(yōu)化研究。基于不同圍巖穩(wěn)定的時間要求，分類提出合理的支護技術方案，形成巷道支護的技術標準。

參考文獻

[1]趙奎，高忠，何文，等.膠結(jié)充填體裂縫探地雷達探測與識別研究[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成果圖解譯技術[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路采礦法在和睦山鐵礦的應用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8)：7-10.

(收稿日期2016-01-05)

逯富強(1980—)，男，工程師，243181 安徽省馬鞍山市。