金川二礦區(qū)1150中段沿脈巷道支護(hù)體系的破壞過程及力學(xué)機(jī)制.pdf

1、金川鎳礦礦床規(guī)模巨大，礦石儲量豐富，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中處于戰(zhàn)略地位，國家對金川礦山的重視程度在全國獨一無二。金川礦區(qū)巖體破碎、地應(yīng)力大、礦體形狀變化大，對礦山基建巷道開挖帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。近年來，隨著開采深度的逐年增加，巷道的穩(wěn)定性問題越來越嚴(yán)重，特別是在回采1178分段時，巷道變形量大、變形快，以至不能給二次支護(hù)留出足夠的時間，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量與開采進(jìn)度。 本文針對礦區(qū)出現(xiàn)的上述生產(chǎn)難題，結(jié)合《金川二礦區(qū)1150中段水平礦柱回采前

2、后應(yīng)力場分布規(guī)律及安全評估》課題，將巖石力學(xué)及地下工程理論與工程實踐相結(jié)合，以金川二礦18行線剖面為研究對象，運(yùn)用現(xiàn)場調(diào)查、理論分析、計算機(jī)模擬等多種研究方法，對復(fù)雜地質(zhì)水文條件、高地應(yīng)力環(huán)境、特殊采礦方法等共同作用下沿脈巷道的破壞機(jī)理，以及1178標(biāo)高巷道的破壞比其他標(biāo)高巷道更為嚴(yán)重的現(xiàn)象，進(jìn)行了研究并獲得以下重要認(rèn)識： 二礦區(qū)在應(yīng)用大面積不留礦柱回填采礦工藝時，開拓出不同標(biāo)高的兩個采礦平面，其間為水平礦柱，礦體上盤圍巖中從上

3、到下依次分布著各標(biāo)高沿脈巷道。有限元模擬研究表明，水平礦柱的“抵頂”作用是造成1178標(biāo)高巷道破壞比其他標(biāo)高更為嚴(yán)重的主要原因。在水平礦柱的屈服破壞來臨之前，逐漸變薄的水平礦柱的應(yīng)力集中程度將越來越高，導(dǎo)致“抵頂”作用越來越強(qiáng)烈，相應(yīng)地1178巷道的破壞也趨于惡化，但當(dāng)水平礦柱破壞之后，“抵頂”作用會逐漸弱化，巷道破壞也會相應(yīng)減輕。受抵頂作用的巷道破壞形式可概括為：先從鋼筋混凝土支護(hù)的拱頂、拱肩、底角獲得突破，隨著這些特殊部位的破裂，鋼

4、筋混凝土支護(hù)內(nèi)所儲藏的能量及地應(yīng)力使得破裂繼續(xù)擴(kuò)展，最終導(dǎo)致整個鋼筋混凝土支護(hù)的失效，引起巷道周圍局部應(yīng)力場重分布，結(jié)果錨桿支護(hù)上的有效應(yīng)力顯著增加并超越了其承載強(qiáng)度，于是錨桿在該應(yīng)力狀態(tài)下迅速走向破壞并最終失效。隨著鋼筋混凝土支護(hù)和錨桿支護(hù)的次第破壞，巷道的聯(lián)合支護(hù)體系徹底崩潰，失去支護(hù)維持的巷道圍巖將發(fā)生劇烈的變形和破碎，出現(xiàn)有害的松動和塌落，并很快充塞巷道的整個有效截面。所以需要加強(qiáng)聯(lián)合支護(hù)體系中各種支護(hù)類型破壞次序的研究，為支護(hù)