西克尔铜矿巷道支护参数优化

薛思读，王文波，原秀合

（托里县招金北疆矿业有限责任公司， 新疆托里县 834506）

西克尔铜矿巷道支护参数优化

薛思读，王文波，原秀合

（托里县招金北疆矿业有限责任公司， 新疆托里县 834506）

新疆伽师西克尔铜矿矿岩稳固性差，生产中巷道破坏严重，矿体安全回采受到威胁。为了更好地对巷道围岩进行支护，在对西克尔铜矿的矿岩体进行地质调查的基础上，对巷道周围岩体稳定性进行分类。依据岩体稳定性分类结果和数值计算的结果，并综合考虑现场特定的技术条件，对西克尔铜矿巷道支护参数提出合理的优化方案。

西克尔铜矿；岩体分类；锚杆支护；支护参数

0 引 言

新疆伽师西克尔铜矿地理位置位于新疆塔里木盆地的北缘，为泥质沉积变质型铜矿床。西克尔铜矿矿体厚度较小，属于薄矿体；倾角较缓，标高500 m以上的大部分矿体倾角不大于50°，属于缓倾斜到倾斜矿体。该矿床矿体上盘围岩节理裂隙较发育，围岩稳定性差，下盘围岩稳固性较好。基于对矿床开采经济技术条件的综合分析，主要采用无底柱分段崩落法开采，并在部分采场进行了分段空场嗣后充填法的工业试验。但是，由于矿岩体节理裂隙发育，矿岩稳固性较差，无法很好地控制采场和巷道地压活动，巷道收敛变形较大，严重影响着矿山的安全高效生产。

1 岩体稳定性分类

工程岩体稳定性分类在矿山实际生产中发挥了重要的指导作用。然而，要对矿岩体进行科学的、定量的、全面的综合评价和分类是一个很复杂的问题。岩体工程科学经过了长期的发展，提出了一些岩体稳定性分类方法。目前国内外都已经存在一些相对来说应用比较广泛的分类方法，每种分类方法各有千秋，并且都有自己的适用条件。

鉴于岩体稳定性分类原则及方法的多样性，考虑到国内矿山生产实际形态和国内工程岩体稳定性分类的应用发展状况，本文以工程现场原位地质调查和室内岩石力学测试为基础，采用《工程岩体分类标准》国家标准，对西克尔铜矿的巷道围岩的稳定性进行分类。

1.1 结构面调查

在西克尔铜矿128线东330ML5＃采场、6＃采场、280MLE3采场、290ML南部切割横巷、300ML南部切割横巷、340MLM2采场、M4采场，进行了大量的结构面调查。整理调查数据后得出了矿体和围岩的优势结构面产状，见表1。西克尔铜矿的岩体结构面相对比较发育，底砾岩、矿石、粗砾岩、泥质石英岩和长石石英岩结构面的发育程度不断增大。

表1 优势结构面调查及点荷载强度实验结果

在进行软弱结构面调查时，取不规则的点荷载强度试验试件，同时充分考虑到水对岩体性质的显著影响，试验时尽可能地保持试样天然含水状态，及时进行点荷载强度试验，并按ISRM法确定岩石点荷载强度指数。试验的结果见表1。

1.2 西克尔铜矿岩体稳定性分类

岩体强度等基本质量指标会直接影响工程岩体的稳定性，但是还有很多其他因素对工程岩体稳定性有直接或间接的影响，有时甚至会演变为主要影响因素。因此对特定工程环境条件下的岩体，要根据不同因素的实际影响大小，对岩体基本质量指标进行不同程度的修正。对西克尔铜矿而言，其岩体稳定性主要受到地下水、结构面以及生产爆破扰动等因素的影响。因此，主要从这3个方面对其岩体综合质量指标Q进行修正。修正系数及修正后的岩体质量指标见表2。

表2 修正后的岩体基本质量

从对西克尔铜矿结构面调查及岩体稳定性分类可以看出，西克尔铜矿巷道和采场周围矿岩体稳定性较差，按国家标准《工程岩体分类标准》进行岩体稳定性分类，均处于III～V级的范围内。

2 支护方式的选择

一般认为，巷道围岩稳定性的主要影响因素是开挖巷道周围承受的应力、围岩岩体的强度和巷道支护的形式。因此，要想保证巷道稳定性，必须利用工程手段降低围岩应力，提高围岩强度，并选取合理的支护形式。西克尔铜矿采用无底柱分段崩落法卸压开采方案，虽然有效地降低了下分段采准巷道应力集中，巷道收敛变形明显减小，矿石回采工作生产效率明显提高，安全性也大大增强，但是，仅仅依靠卸压开采方案来保证巷道的稳定性是不够的，还需要根据工程现场实际情况，综合理论计算和现场试验的结果，按照相关规范和设计手册来选取适当的支护形式和支护参数，使围岩尽可能地发挥自身承压能力。

西克尔铜矿影响巷道变形和破坏的主要因素为矿岩破碎、稳固性差、巷道断面积大，而巷道的变形和破坏直接取决于巷道表层围岩的松动破坏，因此应考虑将支护的重点放在协调巷道表层围岩的变形上，最理想的效果是使巷道围岩在不发生破坏的前提下，尽可能的允许其发生较大变形以充分发挥围岩自承压能力。此外，由于塔里木盆地地处偏远、运输不便、基础工业薄弱，各种矿用材料短缺，因此支护方式的选择受到一定的限制。结合西克尔铜矿实际生产状况，最后工程上选择了采用锚杆支护方式，锚杆直径45mm，长2.5m，锚杆钻孔直径40mm；实验锚杆抗拉拔力6～8t。对于锚杆支护的具体施工方案，则要综合分析原位岩体稳定性情况及锚杆支护数值计算研究结果，根据相关设计规范选取合适的支护参数。

3 锚杆支护数值分析及支护参数优化结果

根据西克尔铜矿崩落法卸压开采时的应力降低情况，设计出了不同的数值计算方案，定量分析了锚杆支护机理及其支护参数与卸压开采之间的关系。锚杆支护数值计算方案如图1。不同方案的计算结果见表3。

图1 西克尔铜矿锚杆支护数值计算方案

表3 不同方案计算结果对比

从表3可看出，采用卸压开采时，巷道收敛变形较小，对支护工程的要求相对较低，可以适当增大锚杆支护参数；不卸压开采时，巷道收敛变形明显偏大，对支护工程的要求比较高，那么就应该选取较小的支护参数，即增加锚杆的数量，才能保证巷道有足够的稳定性。另外，数值分析计算结果还表明，巷道拱顶部位的锚杆轴力最大，拱顶部位是最容易出现破坏的区域。所以，应该对拱顶部位加大支护强度；而对于拱顶以外的区域，本着节约支护成本的原则，可适当考虑降低支护强度。而支护强度高低，一般通过减小或加大锚杆支护参数来实现。减小锚杆支护参数，单位区域的锚杆数量就会增加，相应的支护强度就会加大；而增大锚杆支护参数，单位区域的锚杆数量就会减少，支护强度也就会出现不同程度的降低。从这一原则出发，综合分析考虑工程现场的试验监测结果，西克尔铜矿卸压开采的矿段，由于巷道收敛变形本身就很小，对支护工程强度要求低，Ⅲ级岩体可采用（1.1～1.2）m×（1.1～1.2）m的支护参数，在局部岩体性质特别好的区域甚至可以不支护，以减少支护工程量，节约支护成本；IV级岩体，特别是拱顶部位稳定性较差，因而选取支护参数为：拱顶部位（0.8～1.0）m×（0.8～1.0）m，拱顶以外部位（1.0～1.2）m×（1.0～1.2）m；对于V级岩体，整体稳定性非常差，选取的支护参数为：拱顶部位（0.6～0.8）m×（0.6～0.8）m，拱顶以外部位（0.8～1.0）m×（0.8～1.0）m，局部特别破碎区域还要采用金属网配合支护，以达到支护强度要求，保证巷道稳定性。在无法实现卸压的矿段，巷道收敛变形较大，是支护工程的重点关注区域，要根据工程现场的情况，相应地提高支护等级，减小支护参数，并加强巷道变形监测，严防片帮等安全事故的发生。

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2011－11－29）

薛思读（1974－），吉林农安人，工程师、国家注册安全工程师，主要从事矿山安全生产技术管理工作，Email：XDJKXSD＠126.com。