基于Unwedge程序的巷道圍巖危險塊體支護技術(shù)研究

張興龍，段 萌

(1.魯中礦業(yè)有限公司，山東 萊蕪 271113； 2.陜西黃河礦業(yè)集團公司，陜西 韓城 715400)

基于Unwedge程序的巷道圍巖危險塊體支護技術(shù)研究

張興龍1，段 萌2

(1.魯中礦業(yè)有限公司，山東 萊蕪 271113； 2.陜西黃河礦業(yè)集團公司，陜西 韓城 715400)

以小官莊鐵礦沿脈巷道為研究對象，結(jié)合巖體裂隙三維掃描數(shù)據(jù)，基于Unwedge程序?qū)ο锏啦环€(wěn)定塊體進行分析評價。通過模擬方法對支護前后巷道塊體安全系數(shù)進行對比，優(yōu)化圍巖支護參數(shù)。提出采用1.0m長的錨桿與50mm厚噴射混凝土層進行支護的方式，危險塊體安全系數(shù)提高至38.79，為礦山巷道施工及后續(xù)的開采工作提供安全的作業(yè)環(huán)境。

Unwedge程序； 危險塊體； 安全系數(shù)； 巷道支護； 數(shù)值模擬

1 工程概況

小官莊鐵礦-550m水平礦體的主要圍巖有第三系礫巖、含礫石砂巖，石炭系板巖或角巖(多為礦體的頂板)，奧陶系的大理巖和蛇紋石化大理巖(常為礦體底板或夾石)，閃長玢巖(多為底板或夾石)及蝕變閃長巖等。各種巖石的物理性質(zhì)差異較大。爆炸振動監(jiān)測所處巷道圍巖屬近礦處閃長玢巖，其裂隙較發(fā)育，蝕變較強。小官莊鐵礦-550m水平礦體與已開挖沿脈巷道如圖1所示，礦體走向北東20°～33°。

圖1 礦體及沿脈巷道示意圖

圖1中即將開挖的沿脈巷道所對應(yīng)的礦體走向為北東20°。通過關(guān)鍵塊體理論對巷道圍巖塊體穩(wěn)定性進行優(yōu)化研究[1～3]。

2 結(jié)構(gòu)面分析

三維不接觸測量系統(tǒng)對巖體結(jié)構(gòu)面進行調(diào)查和精細識別，建立巖體結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀分布概率模型[4]。現(xiàn)場采集的圖像導(dǎo)入ShapeMetrix 3D軟件分析系統(tǒng)，得到巖體表面的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀信息如圖2所示。

圖2 赤平極射投影圖

結(jié)構(gòu)面優(yōu)勢產(chǎn)狀分別為：28.02°∠68.63°，140.70°∠52.45°，310.56°∠58.43°。各組節(jié)理參數(shù)如表1所示。

表1 各組節(jié)理參數(shù)統(tǒng)計

3 巷道軸向優(yōu)化研究

采用直墻半圓拱斷面，凈寬3.5m，凈高3.1m。Unwedge程序通過安全系數(shù)表征塊體穩(wěn)定性，通常認為塊體安全系數(shù)大于1.5為穩(wěn)定[5～6]。若安全系數(shù)小于1.5，則應(yīng)進行必要的支護措施。Unwedge對支護后的巷道塊體穩(wěn)定性進行評價，優(yōu)化支護參數(shù)對地下工程開挖提供安全、有效指導(dǎo)。

根據(jù)巷道設(shè)計斷面尺寸及結(jié)構(gòu)面調(diào)查數(shù)據(jù)，利用Unwedge程序進行建模，對巷道塊體安全系數(shù)進行計算，走向為北東20°時巷道及關(guān)鍵塊體模型如圖3所示。

圖3 巷道走向為北東20°的關(guān)鍵塊體模型圖

通過數(shù)值計算，由3組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面及開挖巷道斷面形成的塊體信息如表2所示。

表2中數(shù)據(jù)顯示，8#塊體安全穩(wěn)定系數(shù)為0，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，屬危險塊體。其余塊體安全系數(shù)均大于1.5，安全穩(wěn)定性良好。對8#塊體所處位置進行支護處理，支護方法及參數(shù)見圖4和表3。處理后塊體安全系數(shù)達到38.79，巷道穩(wěn)定性良好，為后續(xù)采礦作業(yè)提供良好的作業(yè)環(huán)境。

表2 塊體信息

圖4 危險塊體支護示意圖

危險塊體編號錨桿長度/m間距/m排距/m混凝土厚度/mm8#1010×102050

4 結(jié)語

(1)Unwedge程序基于關(guān)鍵塊體理論并利用巖體結(jié)構(gòu)面信息構(gòu)建巷道和危險塊體模型，直觀、準確地反應(yīng)了不穩(wěn)定塊體的形態(tài)和所處位置。

(2)未支護前巷道頂板存在極易滑落危險塊體，通過懸吊理論和數(shù)值模擬計算采用長1.0m、間距和排距1.0m的錨桿支護，安全系數(shù)提高到38.79。

(3)根據(jù)設(shè)計要求對巷道噴射混凝土，厚度為50mm，安全、有效地防止了不穩(wěn)定塊體的滑落，確保采礦作業(yè)的安全正常進行。

(4)Unwedge程序的關(guān)鍵塊體理論與結(jié)構(gòu)面信息相結(jié)合的塊體穩(wěn)定性分析方法為巷道支護提供了高效、可行的新途徑。

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Supporting technology study of dangerous block of roadwaysurrounding rock based on Unwedge program

Based on the Unwedge program and combined with 3D scanning data of rock fracture, the unstable blocks in the roadway of Xiaoguanzhuang Iron Mine was analyzed and evaluated. The block safety coefficient was compared before and after blot support and the supporting parameters of surrounding rock were optimized by simulation. The support pattern with 1.0m long anchor and 50mm thick shotcrete layer were proposed and the dangerous block safety coefficient increased to 38.79, which provided a safe working environment for the roadway construction and subsequent work.

Unwedge program; dangerous block; safety factor; roadway support; numerical simulation

TD353

A

2016-- 12-- 29

張興龍(1989-)，男，河北滄州人，助理工程師，從事采礦技術(shù)及地下采場管理工作。

1672-- 609X(2017)04-- 0015-- 02