会理锌矿电耙巷道断面优化研究

杨春林，赖 伟，尹贤刚

(1.四川会理铅锌股份有限公司， 四川 会理县 615105；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

会理锌矿采用有底柱阶段强制崩落采矿法进行开采，电耙道由于矿岩节理裂隙发育，矿岩不稳固，进入八中段开采以来，随开采深度的增加，采场地压显现更为明显，电耙道维护问题更为突出，绝大部分采场电耙道在出矿过程中受采动应力以及二次爆破的影响逐渐变形缩小破坏，甚至难以继续出矿，最后不得不重新对电耙道进行扩帮升棚和混凝土浇注。一般电耙道都需要3次左右扩帮升棚和浇筑整修，多的甚至5次浇注整修，严重影响矿山正常生产，同时，由于出矿漏斗形矿柱破坏，所有的扩帮升棚以及浇注均在松散岩石中进行，也存在着巨大的安全隐患。为了提高巷道的稳定性，对电耙巷道的稳定性进行了优化研究。

由于巷道的断面形状是影响巷道稳定性的重要因素之一，研究从优化电耙巷道的断面形状入手，采用数值模拟技术对电耙巷道采用三心拱和半圆拱形状进行了力学分析比较[1-3]，分析结果表明半圆拱巷道受力状况较三心拱好，所以修改开挖设计，用半圆拱取代了目前使用的三心拱。

1 岩体力学参数及数值模型

电耙巷道主要布置在铅锌矿体内，围岩主要为白云岩和辉绿岩。数值计算时的岩体力学依据岩石力学性质试验的成果，研究采用Hoek & Brown方法进行岩体力学参数计算(见表1)[4]。

表1 会理锌矿岩体力学参数计算结果

数值模型上边界至巷道的距离为巷道高度10倍，下边界为巷道高度的8倍，左右为巷道宽度的10倍，模型顶部施加自重荷载，模型两侧固定垂直方向位移，模型底部固定水平位移和垂直位移。

2 巷道断面优化研究

计算采用的Phase2软件是一个专门模拟地下岩体开挖工程的应力及应变的二维有限元软件。与其它三维软件比较，该软件具有建模简单、网格划分容易和后处理功能强大等特点。可用于包括脆弱岩石的复杂隧道支护问题、地下发电站洞室开挖与支护、采矿与充填、边坡开挖模拟等问题的分析，尤其在模拟地下洞室开挖时优势突出。在进行分析时的载荷按程序自动分级施加，解方程时用Gaussian消除法求解，最大重复次数为500次，累计误差为0.1。采用最大拉应力判据，结合Mohr-Coulumb屈服准则来确定矿体开挖的应力、位移、可能出现的破坏范围等，以此来判定不同断面形状巷道的受力状况。

采用计算的岩石力学参数对会理锌矿电耙道断面形状及支护形式进行了分析研究，通过数值分析比较同等应力条件下应力及破坏区域(见图1～图4)，半圆拱应力集中程度小，而三心拱则正好相反，特别是拱角处，应力集中程度大，不利于巷道的稳定。所以电耙道断面，半圆拱的受力效果明显优于三心拱，故建议修改巷道开挖设计，用半圆拱取代目前使用的三心拱[5-6]。

确定巷道断面后，对支护后电耙道稳定性进行了预测研究，巷道开挖后首先喷混凝土2 cm，后挂锚杆(φ43 mm管缝式锚杆)，锚杆长度为1.8 m，锚杆网度60 cm×60 cm，挂锚杆的同时挂金属网(φ6 mm钢筋，网格30 cm×30 cm)，此后再喷3 cm混凝土覆盖锚网。上述工作完成后再整体浇筑钢筋混凝土300 mm，浇筑过程中注意接顶。设计好断面尺寸后，同时模拟开挖及支护过程，通过计算模型发现，支护结束后，拱顶位移仅1.5 cm(见图5)，而拱顶垂直方向的应力也仅0.1 MPa(见图6)，拱顶是可以保持稳定的。

采用优化后的巷道断面形状和支护措施在采场进行工业试验，从电耙道使用效果和稳定性来看，巷道没有发生较大破损，受力情况比以前有明显改善，证明电耙道结构参数的优化成果具有良好的作用。

图1半圆拱破坏区域图2三心拱破坏区域

图3 半圆拱应力分布 图4 三心拱应力分布

3 结 论

利用数值模拟技术对会理锌矿电耙道采用三心拱和半圆拱断面进行了受力分析研究，表明在会理锌矿采用半圆拱巷道力学状况更好，有利于提高巷道的稳定性。特别是节理裂隙发育的不稳固岩体内，地压较大的矿山，半圆拱具有较大的优势，拱顶不易开裂，应力集中度小，更有利于应力的传递。

图5支护计算位移图6支护计算垂直方向应力

参考文献：

[1]何满潮,邹正盛,邹友峰.软岩巷道工程概论[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1993.

[2]吴 忠,罗运军.断面形状对巷道稳定性影响的研究[J].矿山压力与顶板管理, 2004(4): 41-43.

[3]凌标灿,黄向宏.巷道断面形状力学效应三维数值模拟分析[J].淮南工业学院学报, 2002, 22(1): 6-8.

[4]李同录,等．节理岩体力学参数的选取与应用[J]．岩石力学与工程学报，2004,23(13)：2182-2186

[5]谢文兵,陈晓祥,郑百生.采矿工程问题数值模拟研究与分析[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2005.

[6]王连国,易恭猷,韩继胜.软岩巷道支护方案的数值模拟研究[J].煤, 2000(4): 4-7.