刘有为
重庆川东南地质工程勘察设计院新疆分院 新疆省乌鲁木齐市 830000
摘要：本文以高峰矿田为例，对其深部矿岩体展开工程地质勘察，评价了井下矿岩体的稳定性、整体结构性及质量等，从某矿业企业的井下顶板破坏形式出发，提出了相应的监测、支护及控制方法，为采场的设计及施工提供了科学的矿岩体地质依据。
关键词：弹性势能；工程地质调查；顶板稳定性；破坏方式
引言
高峰矿田位于我国广西省的西北部，矿底层的主要组成部分为泥盆系（系）D，矿井的深度超过900m，联合应用斜井、竖井以及盲斜井等进行开拓，积极做好金属矿山矿体围岩的工程地质勘察工作，并对其在生产中的作用展开分析尤为重要。
1金属矿山矿体围岩变形及破坏分析
矿体围岩破坏的类型主要包括倒三角型块体垮落、切割块体垮落、沿断层破碎带冒落、顶板岩层小块松散掉落导致的拱形冒落、岩层面滑移、采场侧壁脱层开裂以及采场充填体压坏开裂等。此外，岩体变形及破坏主要受到地质构造，岩体结构、稳定性及工程地质条件，原岩应力场、断层、顶板管理，空区及空区群以及地震活动等因素的影响。
2金属矿山矿体围岩的应力分布情况
2.1围岩应力分布受到岩体发育节理产状的影响
（1）当洞体的受力方向与节理之间的夹角超过60°或互相垂直时，洞周边与节理相交部位就会出现与节理相垂直的最大切向应力；（2）洞体的受力方向与节理之间的夹角不足30°，或几乎平行时，洞周边与节理相切的地方就会出现与节理相平行的最大切向应力；（3）洞体的受力方向与节理斜交时，洞周边与节理相切及处置的地方，会出现大小相同的最大切向应力。除此之外，节理的产状也会对洞底、洞顶等处主应力的大小及方向产生不小的影响。
2.2洞体应力和最大应力之间的关系分析
矿体围岩应力为巷道周围初始应力的重新分布，因而对于洞体应力的重新分布，初始应力状态有着主导作用。其中，地应力的主要构成为岩石的自重应力场，此时，最大应力也即铅直应力，水平方向的应力非常小。在此种铅直受力条件下，采场巷道的洞底与拱顶可能存在拉应力区，并在洞脚、拱脚等部位出现非常大的切向压应力。当水平构造应力为初始地应力的主要组成时，此时最大的主应力则为水平应力。
2.3巷道形状和洞体应力之间的关系
受力条件一定时，巷道的形状会对洞体应力分布产生比较大的影响，洞体应力集中的范围及部位随着巷道形状的不同而不同。在铅直荷载的条件下，圆形巷道受到的应力集中在两侧切向；而当巷道为水平椭圆形时，其两侧切向的应力集中更为明显，涉及的范围更大，在洞底以及洞顶等部位还会产生拉应力区。
3金属矿山矿体围岩的稳定性评价
3.1围岩整体稳定性的计算方法
地下巷道洞壁处弹性应力的计算公式为σθ=ασh+βσv，其中，α与β均为应力集中系数，此时，巷道围岩稳定的条件则为：
σθc≤σc/Fs（1）
σθt≥σt/Fs（2）
在上述式子中，σθc为洞壁处最大环向压应力，σθt为最大环向拉应力；σc为岩体的饱和抗压强度，σt表示饱和抗拉强度；Fs通常取2，安全系数。
3.2围岩局部稳定性的计算方法
裂隙岩体由于结构面存在切割情况，在围岩部分部位会产生不稳定的分离体。如图1，如果结构面平行于洞轴线，则可取与洞轴相垂直的剖面展开分析。
3.3围岩稳定的保护措施
围岩稳定保护主要包括以下两方面，一是对围岩原有承载力及强度比进行保护，比如将围岩及时封闭起来，以免被风化，或是及时采取衬砌操作，以免围岩出现松动或变形过大的情况；二是通过赋予围岩一定强度来提高其稳定性，比如采取锚杆加固、将裂隙封闭等方法。
3.4稳定性评价
围岩稳定性不仅取决于岩体本身性质及其所处的天然应力，地下水等地质环境条件，还与采场巷道规模、断面形状及施工方法等工程因素密切相关。大量的实践经验表明，围岩的失稳与破坏通常发生在下列部位：（1）破碎松散岩体或软弱岩类分布区，包括岩体中的风化和构造破碎带以及力学强度低、遇水易软化、膨胀崩解的粘土质岩类分布区；（2）碎裂结构岩体及半坚硬层状结构岩体分布区；
3.5围岩的稳定措施
保护围岩稳定包括两方面的意思：其一保护围岩原有的强度和承载能力，如及时封闭围岩以防风化，及时衬砌阻止围岩产生过大变形和松动；其二是赋予围岩一定的强度，其稳定性有所提高，如给围岩注浆、封闭裂隙、用锚杆加固危岩等。支护结构常有一下几种：（1）锚网锚杆支护；（2）喷射混凝土；（3）钢筋混凝土衬砌；（5）可缩性金属支架等。这几种支护结构或单一采用，或采用其中两种甚至两种以上的联合支护。要根据井下围岩的好坏和巷道的情况（宽度、高度和使用要求）来确定。
结语
通过对各工作面围岩工程地质进行现场调查，对顶板稳定性及破坏类型进行了分析，并对围岩整体结构稳定性进行了综合评价，结合井下生产情况，采用矿山安全管理先进的技术手段，研究制定了井下区域顶板稳定性分级管理方法和顶板安全分级指标，提出了不同破坏类型顶板的预防和控制措施，有效防止矿山井下安全事故的发生，为井下掘进和工作面顶板安全提供技术支撑。项目研究达到了预期目标，取得了预期成果。（1）对高峰井下深部矿体各工作面进行了全面的现场检查和工程地质调查，并依据岩体分类标准和有关规程规范对岩体稳定性和岩体质量进行了分级分类，并进行了评述。（2）根据井下现场调查结果，对高峰公司井下工作面顶板失稳破坏类型进行了总结，发现其破坏类型主要有倒三角型块体垮落、切割块体垮落、沿断层破碎带冒落、岩层面滑移、顶板岩层小块松散掉落的拱形冒落、帮壁“鼓起”与“折断”、顶板岩层弯曲下沉及脱层、充填体压坏开裂、空区侧壁脱层开裂等几种。（3）根据高峰井下观测与工程地质调查结果，将其井下工作面顶板划分为极不稳定顶板、不稳定顶板和稳定顶板三大类，在此基础上划分了极危顶板、高危顶板、危险顶板、一般顶板和稳定顶板五个级别，并制定了顶板分类分级划分指标，针对不同类型顶板提出了具体的监测方法和顶板处理对策措施。（4）根据高峰井下现场条件，其顶板管理与监测可采取顶板位移监测、声发射监测、声波检测、应力监测、顶板沉降观测、顶板裂缝观测、红外线检测等几类简易观测方法。
参考文献：
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[3]覃虎.金属矿山矿体围岩工程地质勘察在生产中的作用[J].大众科技，2012，14（1）：198-201.
论文作者:刘有为
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/5
标签：围岩论文; 顶板论文; 应力论文; 矿体论文; 节理论文; 井下论文; 巷道论文; 《防护工程》2018年第18期论文;