夜场坪钼矿巷道支护分级试验研究

张永达，梁新民，王莉，明世祥，谢经鹏

（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

夜场坪钼矿巷道支护分级试验研究

张永达，梁新民，王莉，明世祥，谢经鹏

（北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083）

针对矿岩软破、稳定性差异较大的情况，综合考虑矿岩性质、应力环境、巷道使用功能、巷道服务年限4个主要影响巷道支护形式的因素，运用多指标综合分类法对巷道进行支护分级，并制定相应的支护方案。该分级方法在夜场坪钼矿巷道支护中得到应用，结果表明，巷道支护分级能快速确定各采场工程体所需要的相应支护方案，并能保证巷道的稳定性。

综合分类；巷道；指标权重；支护分级

针对岩性相当复杂的矿岩，能快速准确地分析出矿岩稳定性并采取相应的支护方案对巷道支护工作具有重要意义。由于地质条件复杂，采用单一的支护形式不但难以满足支护要求，而且可能增加支护成本［1－2］。本文以夜场坪钼矿为例，采用多指标综合分类法，全面分析影响支护分级的主导因素，对巷道支护进行了科学的分级并制定相应的分级支护方案，并在－1 040m水平巷道进行了试验。结果表明，根据该支护分级方法进行相应支护，完全可以达到支护要求。

1 矿山工程概况

夜场坪钼矿位于河南省卢氏县，是一特大型的钼钨矿床。其上部矿体东西长800m，南北宽约600m，厚66.39～236.04m，Mo含量为0.131%。矿区所在区域构造发育，矿岩明显具有地质软岩特征，上部矿体顶板主要为龙家园组白云岩，底板为龙家园白云岩或燕山期钾长花岗斑岩。该钼矿属于中低热液蚀变矿床，矿石氧化程度高，蚀变严重，松散易碎，也容易泥化与软化，自稳性极差，掘进时易垮塌、冒顶和偏帮。

2 多指标综合分类法数学模型

多指标综合分类法是利用多指标综合指数的理论及方法，将所选择的有代表性的若干个指标综合成一个指数，从而对事物的发展状况做出综合评价及分类［3］。在构建综合评价指数时需要解决两个问题，一是综合分类指标因素的选取；二是指标因素权重系数的确定。

2.1 巷道稳定分级指标因素选取

选取合理影响支护形式的因素，对巷道支护分级至关重要。经过长时间对夜长坪钼矿的实地考察，采用“先满足全面性再满足代表性［4］”的方法，最后确定影响其支护形式的主要因素：1）矿岩性质。影响巷道稳定性的因素有很多，其中岩性是最重要的影响因素［5］。经现场观察发现，夜长坪钼矿的少部分巷道基本没有或简单支护便可维持其稳定性，但大部分巷道，尤其是岩性较差的巷道，只有采取大量支护措施才能保证其稳定或者仍有垮塌现象，二者的差异主要是岩性不同。

2）应力环境。巷道布置的位置和应力环境有着直接的关系。根据巷道分布位置和应力环境不同，可将巷道所处区域大致分为原岩应力区、支撑应力区和应力卸载区。

3）巷道使用功能。根据夜长坪钼矿实际生产过程中巷道的使用情况，可大致将其分为三类：联络巷道、进路和切割巷。巷道的功能也是决定其支护形式的重要因素，有些巷道承担的功能多，作用大，如联络巷道和主斜坡道；部分巷道承担功能单一，作用不是那么突出，在选择支护形式时只需达到相应强度即可，如出矿进路；还有部分巷道因功能原因，存在时间并不长，只需要在短时间内维持其稳定性即可，如切割巷。

4）巷道服务年限。巷道的变性破坏是一个流变过程，与其存在时间有着直接的联系。巷道在设计之初，根据开拓需求或备采矿量即大致可确定巷道的服务年限。通过现场的考察与统计，可将现场巷道分为服务年限1年以内巷道、服务年限1～3年的巷道和3年以上的巷道等三个阶段。

通过上述的综合分析，可以确定影响支护分级的主要指标因素为矿岩性质（C1）、应力环境（C2）、巷道使用功能（C3）、巷道服务年限（C4）。各因素的影响程度：矿岩性质＞应力环境＞巷道使用功能＞巷道服务年限。针对夜长坪钼矿实际情况，对各个因素进行仔细划分。按支护强度需求由强到弱的顺序如下：矿岩性质（C1）：氧化矿岩组（P1）＞含矿滑石岩组（P2）＞白云岩、钾长花岗斑岩、原生矿岩组（P3）；应力环境（C2）：支撑应力区（P4）＞原岩应力区（P5）＞应力卸载（P6）；巷道使用功能（C3）：联巷（P7）＞进路（P8）＞切巷（P9）；巷道服务年限（C4）：3年以上（P10）＞1～3年（P11）＞1年以内（P12）。

2.2 分级指标权重系数确定

针对影响支护强度的矿岩性质、应力环境、巷道使用功能、巷道服务年限等因素，对同一水平的各个因素关于上一水平中某一因素的重要性进行两两比较，得到构造判断矩阵。然后计算判断矩阵的特征向量（Wi）以及具体的影响因子（Ii），得到每一层的各因素相对于上一层次某因素的相对权重系数［6－7］，详见表1。

表1 评价因素单层比较判断矩阵特征向量及影响因子Table 1 Influence and eigenvectors of comparative judgment matrix of the evaluation factors in single layer

2.3 计算强度值AQ与支护强度分级

利用具体的影响因子计算出具体的强度数值，计算公式如下：

把表1数据代入相应的公式，得到相应的数值，然后将其转化为百分制就得到各个指标因素的强度数值，如表2所示。进而得到巷道的支护强度影响因素的安全分级，如表3所示，简图如图1所示。

表2 各指标因素强度数值Table 2 Numerical strength of each index factor

表3 支护强度分级表Table 3 The support intensity scale

图1 支护强度等级划分简图Fig.1 The support strength classification diagram

2.4 支护强度等级划分与配套结构

本次支护强度分级结合现场施工，并与如下支护结构：不支护、速喷、锚杆、喷锚网、钢筋混凝土浇灌和锚杆联合支护相对应。支护强度等级划分与配套支护结构［8］见表4。

对于底部结构内巷道，基本上采取锚喷网以上分级，锚喷网支护初期使用缝管，后期应使用预应力树脂锚杆［9－10］。通过本分级方法一次性确定支护等级，避免后期补强，否则其费时费力，支护效果较差，影响矿山正常生产。

表4 支护强度等级划分与配套支护结构Table 4 The support intensity grades and ancillary support structure

3 支护分级方法在1 040m水平巷道的试验应用

按照上述巷道支护分级的方法对夜场坪钼矿1 040m水平的1 000多条巷道进行支护分级。由于巷道数目较多，所以随机选取1－2、2－3、3－1、4－1巷道用JSS30A数显收敛计进行了数据监测，结果如图2所示。得出以下结论：巷道变形量不大，说明按支护分级方法确定的支护方案是完全可行的。

4 结论

1）以夜场坪钼矿矿区为背景，采用多指标综合分类方法从矿岩性质、应力环境、巷道适用功能、巷道服务年限四个主要方面进行了巷道支护强度分级，使用收敛计对巷道表面测量验证了支护方案效果良好，为巷道支护提供了科学依据，减少支护的盲目性和被动性。

图2 监测结果Fig.2 Monitoring results

2）对于矿岩稳定性差异较大的矿山来说，采用这种分类方法能够更加科学合理、快速有效地确定各采场工程体所需要的相应支护形式和支护参数，更好地实现巷道掘支作业施工的标准化和规范化及支护材料的系列化，对提高软破围岩巷道的维护效果和安全度都具有重要意义，具有重要的应用前景。

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Experimental study on roadway support classification in Yechangping Molybdenum Mine

ZHANG Yongda，LIANG Xinmin，WANG Li，MING Shixiang，XIE Jingpeng
（School of Civil and Environmental Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China）

In view of the situation that the different ore rock stability of soft and broken，support classification is carried out for underground workings，taken into comprehensive account the ore－rock property，rock stress environment，service function and service time 4main influencing factors of roadway supporting form.Based on multi index comprehensive classification method，the corresponding supporting scheme is formulated.The classification method has been adopted in roadway support of Yechangping Molybdenum Mine.Application results indicate that the classification of roadway support can quickly determine the corresponding support scheme that the stope engineering body needs and guarantee the stabilization of roadway.

comprehension classification；roadway；index weight；support classification

TD353

Α

1671－4172（2015）02－0071－04

10.3969/j.issn.1671－4172.2015.02.016

张永达（1988－），男，硕士研究生，矿业工程专业，主要研究方向为金属矿床开采理论与工艺、软岩支护。