李 武，陈 冲，利 坚

（云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖 655011）

国内进入深井开采的矿山已不是少数[1]，在典型的高地应力、复杂岩体地质环境下，井巷围岩变形特征差异较大[2]，围岩控制难题日益突出，康红普[3]采用UDEC数值模拟软件研究了超千米深岩巷变形破坏特征，通过井下试验确定了全断面高预应力、高强度锚杆与锚索及注浆联合支护加固方式，能够保证超千米深岩巷长期稳定；翁占斌[4]通过地质力学测试与数值模拟揭示了新疆伽师铜矿深部软岩破碎巷道的变形特征及机制；张雪媛[5]研究表明深井岩巷随着掘进的进行，巷道受水平应力影响，围岩塑性区先增大直至逐渐稳定，顶板产生剪切破坏，两帮产生劈裂破坏。

深井岩巷变形特征研究成果根据矿区不同特征不同。本文以云南某铅锌矿山埋深800m的开拓工程为研究对象，对巷道施工过程中变形特征进行数值模拟研究，为工程施工及支护提供理论支撑。

1 深井地质环境特征

1.1 地应力

在工程地质调查的基础上，在1584m中段新掘矿岩中选择3个测点，采用应力解除法进行地应力测试，测试结果表明：

（1）地应力介于25.74MPa～36.91MPa之间，属于中等至较高地压范围。

（2）矿区的地应力以水平构造应力为主导，倾角介于19.89°～28.70°之间，自重对地压的影响要小于构造应力的影响。

1.2 围岩力学参数

矿区围岩岩石力学测试样品取自现场钻探岩芯制作出标准岩石试样，通过试验获得了相关物理力学指标，见表1。

表1 深部岩石物理力学参数

2 构建深部巷道数值模型

选用FLAC3D数值模拟软件来研究深部巷道变形特征。

2.1 模型建立

采用摩尔-库伦模型，计算域均取为20m×20m（高×宽），纵向计算区域为10m。为满足计算精度要求，将巷道周边的网格适当加密，结合矿山主要巷道断面类型，选取断面规格为2.4m×2.65m（h=1.85m），断面积为5.95m2，模型节点共32769个，单元数共15930个。

图1 断面模型图

2.2 开挖方案

结合工程地质特征，选取大塘组地层作为本次模拟开挖围岩，本次模拟采用全断面一次性开挖，开挖贯通整个模型的纵向，每次开挖2.5m，模型4次挖完。

3 数值模拟结果分析

3.1 围岩位移分析

图2 围岩竖向位移云图

从图2可以看出，巷道开挖完成后顶板的最大位移为18.4mm，底板的最大位移为18.6mm。顶板位移变化主要表现为沉降，在拱顶达到最大值，变形范围比较平均；底板变形主要表现为底鼓，最大变形出现在首次开挖的底板中部，变形范围较集中。

3.2 围岩应力分布分析

图3 应力分布云图

从图3（a）可知，巷道的两帮和底板均出现拉应力，巷道帮部拉应力主要集中在起拱线附近，底板的拉应力主要集中在底板中部，最大拉应力值为0.35MPa，如图中的橙红色区域。

从图3（b）可知，压应力主要集中在顶底板中部，最大压应力值可达45.94MPa，其中底板承受的最大主应力超过顶板，压应力向围岩深部逐渐减小。

3.3 围岩塑性区分布分析

图4 围岩塑性区分布剖面图

从图4可以看出，塑性区分布呈圆形分布，分布范围为距模型原点半径2m～3m范围内的边墙和局部拱顶部分，开挖后主要以剪切破坏为主，零星显示为拉伸破坏，处于剪切屈服状态的塑性区体积为73.26m³，处于拉伸屈服状态的塑性区体积为1.6m³。

4 结论

（1）通过地应力、围岩力学参数调查测试，得到了该矿山深井巷道地质环境特征参数。

（2）数值模拟结果表明深井岩巷变形特征为：巷道开挖形成后，变形主要集中在巷道的顶底板中部，顶板位移表现为沉降，底板位移表现为底鼓，最大变形量可达18.6mm；最小主应力集中出现在巷道两帮的起拱处及底板中部，最大主应力集中出现在顶底板中部；塑性区程圆形分布，以剪切破坏为主，零星为拉伸破坏。

（3）巷道开挖破坏范围分布在巷道周边2m～3m范围内，顶板、底板及起拱处为最易破坏范围，为云南某铅锌矿山现场施工及支护提供了理论依据。