基于Unwedge程序的巷道围岩危险块体支护技术研究

张兴龙，段 萌

(1.鲁中矿业有限公司，山东 莱芜 271113； 2.陕西黄河矿业集团公司，陕西 韩城 715400)

基于Unwedge程序的巷道围岩危险块体支护技术研究

张兴龙1，段 萌2

(1.鲁中矿业有限公司，山东 莱芜 271113； 2.陕西黄河矿业集团公司，陕西 韩城 715400)

以小官庄铁矿沿脉巷道为研究对象，结合岩体裂隙三维扫描数据，基于Unwedge程序对巷道不稳定块体进行分析评价。通过模拟方法对支护前后巷道块体安全系数进行对比，优化围岩支护参数。提出采用1.0m长的锚杆与50mm厚喷射混凝土层进行支护的方式，危险块体安全系数提高至38.79，为矿山巷道施工及后续的开采工作提供安全的作业环境。

Unwedge程序； 危险块体； 安全系数； 巷道支护； 数值模拟

1 工程概况

小官庄铁矿-550m水平矿体的主要围岩有第三系砾岩、含砾石砂岩，石炭系板岩或角岩(多为矿体的顶板)，奥陶系的大理岩和蛇纹石化大理岩(常为矿体底板或夹石)，闪长玢岩(多为底板或夹石)及蚀变闪长岩等。各种岩石的物理性质差异较大。爆炸振动监测所处巷道围岩属近矿处闪长玢岩，其裂隙较发育，蚀变较强。小官庄铁矿-550m水平矿体与已开挖沿脉巷道如图1所示，矿体走向北东20°～33°。

图1 矿体及沿脉巷道示意图

图1中即将开挖的沿脉巷道所对应的矿体走向为北东20°。通过关键块体理论对巷道围岩块体稳定性进行优化研究[1～3]。

2 结构面分析

三维不接触测量系统对岩体结构面进行调查和精细识别，建立岩体结构面产状分布概率模型[4]。现场采集的图像导入ShapeMetrix 3D软件分析系统，得到岩体表面的优势结构面的产状信息如图2所示。

图2 赤平极射投影图

结构面优势产状分别为：28.02°∠68.63°，140.70°∠52.45°，310.56°∠58.43°。各组节理参数如表1所示。

表1 各组节理参数统计

3 巷道轴向优化研究

采用直墙半圆拱断面，净宽3.5m，净高3.1m。Unwedge程序通过安全系数表征块体稳定性，通常认为块体安全系数大于1.5为稳定[5～6]。若安全系数小于1.5，则应进行必要的支护措施。Unwedge对支护后的巷道块体稳定性进行评价，优化支护参数对地下工程开挖提供安全、有效指导。

根据巷道设计断面尺寸及结构面调查数据，利用Unwedge程序进行建模，对巷道块体安全系数进行计算，走向为北东20°时巷道及关键块体模型如图3所示。

图3 巷道走向为北东20°的关键块体模型图

通过数值计算，由3组优势结构面及开挖巷道断面形成的块体信息如表2所示。

表2中数据显示，8#块体安全稳定系数为0，处于不稳定状态，属危险块体。其余块体安全系数均大于1.5，安全稳定性良好。对8#块体所处位置进行支护处理，支护方法及参数见图4和表3。处理后块体安全系数达到38.79，巷道稳定性良好，为后续采矿作业提供良好的作业环境。

表2 块体信息

图4 危险块体支护示意图

危险块体编号锚杆长度/m间距/m排距/m混凝土厚度/mm8#1010×102050

4 结语

(1)Unwedge程序基于关键块体理论并利用岩体结构面信息构建巷道和危险块体模型，直观、准确地反应了不稳定块体的形态和所处位置。

(2)未支护前巷道顶板存在极易滑落危险块体，通过悬吊理论和数值模拟计算采用长1.0m、间距和排距1.0m的锚杆支护，安全系数提高到38.79。

(3)根据设计要求对巷道喷射混凝土，厚度为50mm，安全、有效地防止了不稳定块体的滑落，确保采矿作业的安全正常进行。

(4)Unwedge程序的关键块体理论与结构面信息相结合的块体稳定性分析方法为巷道支护提供了高效、可行的新途径。

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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

张兴龙(1989-)，男，河北沧州人，助理工程师，从事采矿技术及地下采场管理工作。

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