1-三山岛金矿深井岩石质量分级及联合支护技术的研究与应用

三山岛金矿深井岩石质量分级及联合支护技术的研究与应用

1.





















研究背景

三山岛金矿随着回采重心不断下移，地压逐渐显现，岩石节理裂隙发育，岩石整体性差，同时深井高温、高湿、高地压问题愈来愈烈。对于深部破碎岩体，若不能准确判断岩石的质量等级将无法采用准确的支护方式，从而很难达到良好支护效果。目前国内外岩体质量综合评价方法种类繁多，各类岩体质量评价分级方法中参评因素、评价评价标准等都不相同，对于同一个评价对象，不同的评价方法可能会有不同的评价结果。由此可见不同的岩石质量综合评价方法都具有一定的局限性，并不能很好的反映出特有岩体的岩石质量特征。

为解决上述问题，我矿综合考虑国内外常用的岩体地质分类法特点，通过与中南大学、东北大学、北京科技大学等多家科研院所合作，以岩体质量指标分类法为基础，参考太沙基的岩石载荷分类法，迪尔的岩石质量指标法等方法，建立适用于三山岛金矿的特有岩石质量等级分级方法。

2.





















成果内容

依据改进后的岩体质量指标分类法，三山岛金矿已西山矿区-780m~-870m水平巷道围岩为试验治理对象，建立技术攻关小组。技术攻关小组技术人员联合各科研单位人员共赴现场，通过工程地质水文地质调查、矿山三维建模、岩石力学基础研究、地应力测量、围岩稳定性分析等研究工作将三山岛金矿西山矿区-780m~-870m水平1440线至1720线区间巷道围岩进行岩石质量分级，并得出三山岛金矿深部巷道围岩普遍为Ⅲ级岩体、局部为Ⅳ级岩体的结论。并通过不同支护方案经实际支护效果的对比确定较为理想的深井联合支护方案：

对于Ⅲ级岩体巷道成型后，先对顶板及两帮进行临时喷浆支护。临时支护完成后，对顶板及两帮进行树脂锚杆、钢带全断面联合支护。每排施工6根树脂锚杆，间距1.2-1.6m，排距1.2-1.6m；对于巷道顶板可采用十字钢带交叉支护，帮壁采用平行钢带支护。顶板及两帮锚护后，对锚护区域喷浆支护，喷浆厚度至少50mm，强度C20，喷浆体必须将钢带严密覆盖。

对于Ⅳ级岩体巷道成型后，先对顶板及两帮进行临时喷浆支护。成巷区段临时支护完成后，对顶板及两帮进行树脂锚杆、金属网、钢带全断面联合支护。每排施工9根锚杆，间距0.7-1.3m，排距0.7-1.3m；对于巷道顶板可采用十字钢带交叉支护，帮壁进行平行钢带支护；金属网之间搭接不得低于10cm，金属网四个角重叠搭接后必须采用树脂锚杆固定，金属网中间部分可采用管缝式锚杆固定，按照“先凹后凸”的原则进行帮壁挂网，保证金属网紧贴岩壁，确保支护质量。顶板及两帮锚护后，对锚护区域喷浆支护，喷浆厚度5-10 cm，强度C20，喷浆体必须将钢带严密覆盖。

三、主要创新点

1、对各科研机构资料进行整合，形成我矿较为完整的地质资料系统。

为解决三山岛金矿近年来面临的深井采矿相关问题，三山岛金矿先后与中科院、中南大学、东北大学、北京科技大学等多家科研院所合作开展了矿区工程地质水文地质调查、矿山三维建模、岩石力学基础研究、地应力测量、围岩稳定性分析、开采优化等研究工作，所获取的矿山基础数据，对解决矿山建设、采矿设计、生产管理中的技术难题具有积极的推动作用。但现有项目多针对局部区域，所获得的数据具有局限性和不连续性；由于项目间缺乏沟通和交流，导致数据间缺乏流动性；加上项目数据的个人化管理，人员频繁流动极易导致数据的遗失，致使现有研究成果不能被各类后续工程技术人员所用，难以进行工程设计和技术管理时的快捷提取和深入利用各科研机构分别对于我矿深部的某一中段或采区进行了建伟完善的监测和实验。但这些科研机构的监测数据及实验结果并未形成统一体系，无法形成整个系统的地质资料。因此三山岛金矿将各科研单位的数据进行整合，形成了较为完善的深井地质资料系统，见图1。

图1：各科研单位的数据进行整合图

基于岩体质量指标分类法，对其进行改进以形成适用于我矿的岩石质量分级方法。首先从定性判别与定量测试两个方面分别确定岩石的坚硬程度和岩体的完整性，计算出岩体基本质量指标BQ。然后结合工程特点，考虑地下水、初始应力场以及软弱结构面走向与工程轴线的关系等因素，对岩体基本质量指标BQ加以修正，以修正后的岩体基本质量BQ作为划分工程岩体级别的依据。

岩体基本质量指标BQ用下式表示：

式中：
岩石单轴饱和抗压强度(MPa)；
——岩体完整性系数；
，
、
分别为岩石与岩体纵波速度。对于缺少声波资料的岩体，可由岩体单位体积内结构面条数
与K查表求得；
由下式求得：

在使用时，应遵守两点限制条件：①
时，应以
代入上式计算BQ值；②
时，应以
代上式计算BQ值。

岩体的基本质量指标主要考虑了组成岩体岩石的坚硬程度和岩体完整性。按BQ值和岩体质量定性特性将岩体划分为5级，见表1。

岩体工程的稳定性，除与岩体基本质量的好坏有关外，还受地下水、主要软弱结构面、天然应力的影响。结合三山岛金矿矿体及围岩特点，考虑各影响因素来修正岩体基本质量指标。对我矿修正值BQ按下式计算：

表1 BQ方法的岩体质量分级

式中：
—主要结构面产状影响修正系数；
—地下水影响修正系数；
—天然地应力影响修正系数。

3、深部开拓工程支护依据围岩岩体质量等级划分给予针对性的联合支护。

通过对于深部岩石强度试验及结构面分析，根据修正后的BQ法-780m~-870m水平中、分段巷道进行岩体质量分级见表2：

表2：-780m~-870m水平中、分段巷道进行岩体质量分级

对于Ⅲ级岩体巷道成型后，先对顶板及两帮进行临时喷浆支护。临时支护完成后，对顶板及两帮进行树脂锚杆、钢带全断面联合支护。每排施工6根树脂锚杆，间距1.2-1.6m，排距1.2-1.6m；对于巷道顶板可采用十字钢带交叉支护，帮壁采用平行钢带支护。顶板及两帮锚护后，对锚护区域喷浆支护，喷浆厚度至少50mm，强度C20，喷浆体必须将钢带严密覆盖，见图2、图3。

图2、Ⅲ级岩体中分段巷支护断面图    图3、Ⅲ级岩体中分段巷支护俯视图

对于Ⅳ级岩体巷道成型后，先对顶板及两帮进行临时喷浆支护。成巷区段临时支护完成后，对顶板及两帮进行树脂锚杆、金属网、钢带全断面联合支护。每排施工9根锚杆，间距0.7-1.3m，排距0.7-1.3m；对于巷道顶板可采用十字钢带交叉支护，帮壁进行平行钢带支护；金属网之间搭接不得低于10cm，金属网四个角重叠搭接后必须采用树脂锚杆固定，金属网中间部分可采用管缝式锚杆固定，按照“先凹后凸”的原则进行帮壁挂网，保证金属网紧贴岩壁，确保支护质量。顶板及两帮锚护后，对锚护区域喷浆支护，喷浆厚度5-10 cm，强度C20，喷浆体必须将钢带严密覆盖，见图4、图5。

图4、Ⅳ级岩体中分段巷支护断面图 图5、Ⅳ级岩体中分段巷支护俯视图

四、效益分析

该方案自2017年5月初已-780m中段巷道作为试点投入使用，通过对-780m中段巷道围岩进行分级并采取相应联合支护取措施取，较好地改善了深井高压、围岩破碎等问题。而后三山岛金矿在-780m~-870m水平的开拓、采准工程中进行推广。很好的改善了深部巷道围岩反复多次治理的难题，从而也缩短了巷道支护时间，为三山岛金矿深部开拓采准赢取了宝贵时间。目前该方案已推广至三山岛金矿深部采区所有开拓、采准工程，取得了良好社会效益。本项目成果应用后，很好的改善了深部巷道围岩反复多次治理的难题，基本上达到了一次性永久支护的目的，为三山岛金矿深部开拓、采准工程的施工提供了强力安全保障。同时由于避免了二次支护，缩短了巷道整体支护时间，为三山岛金矿深部开拓、采准工程赢取了宝贵时间，为三山岛金矿生产的顺利接续提供条件。