...info系统在工程地质勘察中的应用
张志勇
摘 要：本文以高峰矿田为例，对其深部矿岩体展开工程地质勘察，评价了井下矿岩体的稳定性、整体结构性及质量等，从某矿业企业的井下顶板破坏形式出发，提出了相应的监测、支护及控制方法，为采场的设计及施工提供了科学的矿岩体地质依据。
关键词：金属矿山 矿体围岩 地质勘察
中图分类号：TD1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）08（c）-0085-02
高峰矿田位于我国广西省的西北部，矿底层的主要组成部分为泥盆系（系）D，矿井的深度超过900m，联合应用斜井、竖井以及盲斜井等进行开拓，积极做好金属矿山矿体围岩的工程地质勘察工作，并对其在生产中的作用展开分析尤为重要。
1 金属矿山矿体围岩的应力分布情况
1.1 洞体应力和最大应力之间的关系分析
矿体围岩应力为巷道周围初始应力的重新分布，因而对于洞体应力的重新分布，初始应力状态有着主导作用。其中，地应力的主要构成为岩石的自重应力场，此时，最大应力也即铅直应力，水平方向的应力非常小。在此种铅直受力条件下，采场巷道的洞底与拱顶可能存在拉应力区，并在洞脚、拱脚等部位出现非常大的切向压应力。当水平构造应力为初始地应力的主要组成时，此时最大的主应力则为水平应力[1]。
1.2 巷道形状和洞体应力之间的关系
受力条件一定时，巷道的形状会对洞体应力分布产生比较大的影响，洞体应力集中的范围及部位随着巷道形状的不同而不同。在铅直荷载的条件下，圆形巷道受到的应力集中在两侧切向；而当巷道为水平椭圆形时，其两侧切向的应力集中更为明显，涉及的范围更大，在洞底以及洞顶等部位还会产生拉应力区。
1.3 围岩应力分布受到岩体发育节理产状的影响
（1）当洞体的受力方向与节理之间的夹角超过60°或互相垂直时，洞周边与节理相交部位就会出现与节理相垂直的最大切向应力；（2）洞体的受力方向与节理之间的夹角不足30°，或几乎平行时，洞周边与节理相切的地方就会出现与节理相平行的最大切向应力；（3）洞体的受力方向与节理斜交时，洞周边与节理相切及处置的地方，会出现大小相同的最大切向应力。除此之外，节理的产状也会对洞底、洞顶等处主应力的大小及方向产生不小的影响。
2 金属矿山矿体围岩变形及破坏分析
矿体围岩破坏的类型主要包括倒三角型块体垮落、切割块体垮落、沿断层破碎带冒落、頂板岩层小块松散掉落导致的拱形冒落、岩层面滑移、采场侧壁脱层开裂以及采场充填体压坏开裂等。此外，岩体变形及破坏主要受到地质构造，岩体结构、稳定性及工程地质条件，原岩应力场、断层、顶板管理，空区及空区群以及地震活动等因素的影响[2]。
3 金属矿山矿体围岩的稳定性评价
3.1 围岩稳定性定性评价
经实践得知，通常在软弱岩类或破碎松散岩体的分布区，半坚硬层状结构及碎裂结构岩体分布区，厚层状及坚硬块状岩体的洞壁不稳定分离体部位，采场形状急剧变化及矿柱等矿体围岩中应力急剧集中的部位为围岩常出现失稳及被破坏的部位。
3.2 围岩稳定性定量评价
3.2.1 围岩整体稳定性的计算方法
地下巷道洞壁处弹性应力的计算公式为σθ=ασh+βσv，其中，α与β均为应力集中系数，此时，巷道围岩稳定的条件则为：
σθc≤σc/Fs （1）
σθt≥σt/Fs （2）
在上述式子中，σθc为洞壁处最大环向压应力，σθt为最大环向拉应力；σc为岩体的饱和抗压强度，σt表示饱和抗拉强度；Fs通常取2，安全系数。
3.2.2 围岩局部稳定性的计算方法
裂隙岩体由于结构面存在切割情况，在围岩部分部位会产生不稳定的分离体。如图1所示，如果结构面平行于洞轴线，则可取与洞轴相垂直的剖面展开分析。
（1）洞顶分离体稳定性分计算：在图1中，L1与L2两组结构面切割形成的分离体ABC即为洞顶。α与β分别为结构面的两个倾角，L3为分离体的底宽，Tj1与Tj2为抗拉强度，那么分离体高度则为：
（3）
分离体由于悬挂在洞顶处，当出现失稳的情况时，L1与L2会被拉开，此时，分离体的抗拉力T以及单位长度重量W1的计算公式分别为：
T=L1Tj1+L2Tj2 （4）
（5）
结合（4）、（5）两式，则可得出分离体稳定系数η的计算公式为：
（6）
分离体只有在η值不低于2时处于稳定状态，否则将不稳定。
（2）侧壁分离体稳定性的计算：在自重W2的作用下，侧壁分离体会沿着L4出现滑移，此时，可忽略后缘切割面L2产生的抗压强度。分离体DFE稳定性系数的计算公式为：
（7）
在（7）式中，α为结构面L4的倾角，φ与c分别指的是L4的内摩擦角以及黏聚力。
3.3 围岩稳定的保护措施
围岩稳定保护主要包括以下两方面，一是对围岩原有承载力及强度比进行保护，比如将围岩及时封闭起来，以免被风化，或是及时采取衬砌操作，以免围岩出现松动或变形过大的情况；二是通过赋予围岩一定强度来提高其稳定性，比如采取锚杆加固、将裂隙封闭等方法[3]。
4 结语
综上所述，通过对金属矿山矿体各工作面的围岩展开工程地质勘察，仔细分析了顶板的破坏类型，综合评价了围岩整体结构的稳定性，与井下实际生产情况相结合，借助先进的矿山安全管理技术方法，在全面研究的基础上，针对破坏类型不同的顶板，提出了相应的控制及预防措施，极大程度上避免了金属矿山井下事故的出现，同时也给工作面顶板以及井下开采工作的安全性提供了可靠的技术支持。结果显示，项目研究取得了预期的效果。
参考文献
[1] 费鸿禄，杨卫风，张国辉，等.金属矿山矿柱回采时爆破荷载下采空区的围岩稳定性[J].爆炸与冲击，2013，33（4）：344-349.
[2] 王志国.金属矿山矿体围岩工程地质勘查在生产中的作用[J].工程技术：全文版，2016，8（12）：44.
[3] 覃虎.金属矿山矿体围岩工程地质勘察在生产中的作用[J].大众科技，2012，14（1）：198-201.endprint
