王志恒，王 欣

(中國(guó)平煤神馬建工集團(tuán)建井三處，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

韓北井田是位于渭北石炭二疊紀(jì)煤田東部、韓城礦區(qū)東北側(cè)的中深部資源，南臨桑樹坪煤礦、東以黃河為界，行政區(qū)劃隸屬陜西省韓城市桑樹坪鎮(zhèn)和宜川縣集義鎮(zhèn)管轄。韓北井田范圍地理座標(biāo)為北緯35°46′38″～35°50′59″，東經(jīng)110°23′59″～110°33′45″, 南北寬約8.1km，東西長(zhǎng)約14.6km，總面積77.44km2。

2 結(jié)構(gòu)面調(diào)查

圖1 三維視圖

三維不接觸測(cè)量系統(tǒng)對(duì)巖體結(jié)構(gòu)面進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)行精細(xì)識(shí)別，建立巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布概率模型[4]。現(xiàn)場(chǎng)采集的圖像導(dǎo)入ShapeMetrix 3D軟件分析系統(tǒng)，得到巖體表面的三維視圖以及優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息如圖1和圖2所示。各組解理參數(shù)如表1。

圖2 赤平極射投影圖

節(jié)理組號(hào)節(jié)理數(shù)/條節(jié)理頻度/(條/m)平均間距/m最大間距/m節(jié)理總長(zhǎng)度/m平均長(zhǎng)度/m一192070481814530240二94390231224240470三52560390951470290

結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀分別為：29.02°∠78.63°，148.37°∠55.23°，316.06°∠64.43°。

3 巷道塊體穩(wěn)定性研究

采用直墻半圓拱斷面，凈寬6m，凈高5.6m，混凝土噴層厚度150mm，如圖3所示。Unwedge程序根據(jù)塊體理論開發(fā)，由3組結(jié)構(gòu)面及開挖臨空面基于結(jié)構(gòu)面是平面、結(jié)構(gòu)體為剛體、破壞沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生剪切滑移3種假設(shè)而形成最大可能的楔形四面體塊體。

圖3 沿脈巷道斷面設(shè)計(jì)尺寸(圖中數(shù)據(jù)單位：mm)

3.1 巷道寬度對(duì)塊體穩(wěn)定性的影響

由開挖臨空面與3組結(jié)構(gòu)面形成了5個(gè)危險(xiǎn)塊體，如圖4所示，分別設(shè)置巷道寬度為4、4.5、5、5.5m和6m，通過(guò)數(shù)值計(jì)算，危險(xiǎn)塊體安全系數(shù)如表2所示，巷道頂部形成4#和8#兩塊危險(xiǎn)塊體，8#塊體任何巷道寬度其安全系數(shù)均為0，表明該塊體所在之處必須進(jìn)行支護(hù)處理，其支護(hù)深度隨著巷道寬度不同而變化。

8#危險(xiǎn)塊體安全系數(shù)為0，但其支護(hù)深度隨著巷道寬度增加逐漸加深，由開挖臨空面與3組結(jié)構(gòu)面構(gòu)成的塊體體積和重量也呈增大趨勢(shì)。對(duì)于4#塊體，安全系數(shù)隨巷道寬度增加而降低，且近似呈線性降低。

圖4 巷道走向?yàn)檎钡年P(guān)鍵塊體模型

塊體巷道寬度/m支護(hù)深度/m塊體重量/t8#40032008450360125004001655045021600500294#401648083451467012501322016551203022601119027

3.2 巷道走向?qū)K體穩(wěn)定性的影響

以巷道寬度為5m的模型為例，巷道傾向0°，改變巷道走向的危險(xiǎn)塊體安全系數(shù)變化見表3。

表3 4#危險(xiǎn)塊體安全系數(shù)與巷道走向的關(guān)系

通過(guò)表3中數(shù)據(jù)可以看出，巷道走向?qū)ξｋU(xiǎn)塊體的安全系數(shù)有較大的影響，巷道走向與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀共同影響塊體的大小和形成的位置。當(dāng)巷道走向?yàn)?0°和240°時(shí)，形成的4#塊體安全系數(shù)最小，在巷道布置時(shí)需要充分考慮礦體方向及已暴露巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀信息，確保巷道形成后圍巖穩(wěn)定，以及綜合考慮礦體開采的經(jīng)濟(jì)成本。

巷道走向同樣影響著8#塊體的重量和體積，當(dāng)走向?yàn)?0°和240°時(shí)8#塊體的重量分別達(dá)到41t和28t，與4#塊體相似，巷道走向60°和240°時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)最高，支護(hù)難度最大。為了排出巷道積水，通常運(yùn)輸巷道坡度為0.3%～0.5%，近似水平，因此不對(duì)巷道坡度的影響做分析討論。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)巷道軸線方向?qū)鷰r穩(wěn)定性影響較大，通過(guò)調(diào)整、改變巷道軸向?yàn)樘岣邍鷰r關(guān)鍵塊體安全系數(shù)提供了除支護(hù)外的又一新途徑。

(2)根據(jù)揭露圍巖的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀建立三維塊體模型，基于Unwedge程序計(jì)算不同巷道寬度及走向的圍巖塊體安全系數(shù)，通過(guò)對(duì)比分析危險(xiǎn)塊體的支護(hù)深度隨著巷道寬度增加逐漸加深，塊體安全系數(shù)隨巷道寬度增加而降低，且近似呈線性降低。

(3)Unwedge程序與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀結(jié)合分析為巷道軸線方向優(yōu)化提供了有效、快捷的施工依據(jù)。

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