肖旭峰，陈 维，许 润

(湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市 414507)

倾斜层状巷道围岩松动圈分布及支护技术研究

肖旭峰，陈 维，许 润

(湖南黄金洞矿业有限责任公司， 湖南 岳阳市 414507)

深埋巷道倾斜层状围岩常出现变形大且不均匀的现象，尤其是在深部高应力条件，严重制约了地下采矿的安全性。对某矿山巷道开挖后倾斜层状围岩进行了松动圈范围监测，监测结果表明巷道的左拱角和右底角附近的松动范围比其他部位的松动范围大。在松动圈分布范围的研究基础上，提出了非对称型支护方式，取得了良好的支护效果。

倾斜层状岩体；松动圈监测；非对称支护

0 引 言

众多周知，层状岩体具有明显的各向异性，其力学性质主要受到结构面的影响：垂直岩层方向的抗拉性能很弱，而平行岩层方向的抗剪性能很低[1]，这就给层状岩体支护带来困难。层状岩体分布广泛，大部分地下工程开挖都会遇到层状岩体，严重制约了地下工程开挖的安全性[2]。目前，虽然国内外学者已经对层状岩体破坏开展了大量的研究工作，但对于层状岩体的破裂机理尚不明确，通过现场位移等的监测来判定层状岩体的稳定性是主要的方法。结合现场实际，在层状岩体松动圈分布特点研究的基础上，提出了适合于层状岩体的非对称支护方式，具有良好的工程意义。

1 巷道围岩松动圈测试

某矿山深部巷道的断面形状为三心拱形，围岩为紫红色板岩，具有明显的倾斜状层理构造，层理与水平面大致25°，左帮在层理的上沿，右帮在层理下沿。

1.1 测试原理和仪器

利用超声波围岩裂隙探测仪对该矿山某倾斜层状岩体进行了松动圈范围监测，利用专门的超声波收发装置来测量巷道围岩的局部纵波波速，进而表征围岩的变形特性。测试过程中用清水作耦合剂，监测设备与探测过程如图 1(a)所示。纵波波速的计算如下：

(1)

式中：S—超声波收、发装置距离，14 cm；T—到达接收器的时间，s。

图1 松动圈范围监测示意

超声波传播速度的突变点所对应的范围就是巷道的松动圈范围，如图 1(b)和图1(c)。

1.2 测试方案

选取一个新开掘的矿体巷道断面作为监测断面，要求在爆破后短时间内施工观测孔，然后进行定时探测，以获得其破裂区随时间发展的变化规律。在巷道开挖后的对松动圈范围共进行了4次监测。需记录的数据：当天日期、每个钻孔每次测量时铜管移出的长度以及相应的时间，得到当天各个钻孔的松动圈范围，将每天各个钻孔松动圈范围绘制成图，得到巷道围岩松动圈随时间的变化规律。

1.3 测试结果与分析

针对该矿山深部巷道进行了4次测试，测试结果如表1。

表1 松动圈测试结果

选取稳定时的松动圈大小作为最终的裂隙区，用于指导后续支护和采矿方法的设计研究，其最终松动圈大小如图2所示。

图2 围岩松动圈范围时间效应

从图2中选取顶板位置测孔数据进行分析，可以看出随着时间松动圈略有发展，一周左右达到稳定，其松动圈与时间发展的关系如图3所示：

由图3、图4可以得到如下几点主要结论：

第一，倾斜层状硬岩巷道围岩松动圈由于受层理产状的影响呈左右非对称分布的特征，在平行于层理方向的左拱角和右底角附近的松动范围比对应的垂直于层理方向的松动范围大；

第二，深部巷道在垂直主应力优于水平主应力的情况下，在顶底板形成的松动圈范围要比在两帮松动圈范围大；

第三，深部巷道围岩松动圈会随时间发展，其在一个星期左右达到稳定。

图3 围岩顶板松动圈范围随时间发展变化曲线

2 支护方案研究

在分析了现场松动圈分布规律的基础上，提出了新型的适应于倾斜层状岩体的非对称支护方式，支护关键点是左帮、顶板和左底板，尽可能的让锚杆垂直于倾斜层状岩体，见图4。

图4 非对称新型支护

3 结 论

对倾斜层状岩体进行了围岩松动圈测试研究，结果表明：垂直于层状岩体方向的岩体塑性区范围比较大，围岩松动圈随时间逐渐缓慢变大，一个星期左右趋于稳定；提出了适应于倾斜层状岩体的新型非对称支护方式，尽可能的让锚杆垂直于倾斜岩层，最大限度的发挥锚杆的承载力。

[1]鲜学福,谭学术.层状岩体破坏机理[M].重庆:重庆大学出版社,1989.

[2]华安增,张子新.层状非连续岩体稳定学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.

2014-06-13)

肖旭峰(1968-)，男，湖南衡阳人，主要从事金矿地下开采与安全方面的研究,Email： 2441848081@qq.com。