巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)對(duì)研究巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性有重要作用，不僅能掌握區(qū)域內(nèi)巖體性質(zhì)，而且對(duì)邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分、防治方法的確定具有重要參考價(jià)值。巖體質(zhì)量的評(píng)價(jià)和分級(jí)已經(jīng)有很多成熟和完整的方法，如被廣泛認(rèn)可和應(yīng)用的國(guó)標(biāo)分類法、Q系統(tǒng)法、RMR分類法等，但它們往往依賴于現(xiàn)場(chǎng)采樣和接觸式測(cè)量，這在高陡邊坡或難以接觸的區(qū)域?qū)嵤┢饋?lái)難度較大。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步和研究的深入，有學(xué)者將新技術(shù)與以上方法相結(jié)合。三維激光掃描技術(shù)因其無(wú)接觸、高精度和抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)中展現(xiàn)出巨大潛力。與傳統(tǒng)方法相比，該技術(shù)能夠快速獲取巖體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，極大地提高了評(píng)價(jià)效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)降低了成本和環(huán)境干擾的風(fēng)險(xiǎn)，并且可以很好地解決對(duì)高陡邊坡和庫(kù)岸邊坡難以接觸測(cè)量的問(wèn)題。

基于上述考慮，貴州大學(xué)高林團(tuán)隊(duì)以瓦廠坪鋁土礦留設(shè)不同寬度區(qū)段礦柱下的1104回風(fēng)巷及1106回風(fēng)巷為研究對(duì)象，采用鉆孔窺視儀進(jìn)行巷道圍巖現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)，基于定性和定量分析，進(jìn)一步揭示了大型鋁土礦山綜采工作面礦柱寬度與區(qū)段巷道圍巖破壞的內(nèi)在聯(lián)系，為此類礦山后續(xù)開采過(guò)程中區(qū)段礦柱留設(shè)及巷道圍巖控制提供了科學(xué)依據(jù)。

工程概況

瓦廠坪礦區(qū)礦體呈單一層狀產(chǎn)出，最小厚度為0.5 m，最大厚度超過(guò)3.0 m，平均厚度2 m，礦層傾角在15°~30°之間，平均傾角21°，屬緩傾斜礦層。基于現(xiàn)場(chǎng)工程調(diào)研，兩回風(fēng)巷圍巖變形主要呈現(xiàn)以下特征：

（1）巷道頂板形成大面積破碎“網(wǎng)兜”，工字鋼棚受壓彎曲變形，巷道頂板巖層在壓力作用下已產(chǎn)生顯著位移，整體變形呈非均勻性和非對(duì)稱性。

（2）幫部巖體鼓出，原有的金屬網(wǎng)支護(hù)因巖體變形無(wú)法緊貼巖面，鋼棚變形嚴(yán)重，大部分未能與巖面緊密貼合，巷道礦柱側(cè)變形量普遍大于實(shí)體礦側(cè)變形量，現(xiàn)場(chǎng)采用單體液壓支柱進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

巷道變形特征

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法及測(cè)站布置

采用CXK-12A礦用本安型鉆孔窺視儀，在1104回風(fēng)巷布置測(cè)站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在1106回風(fēng)巷布置測(cè)站Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，對(duì)圍巖內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)狀進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。

鉆孔成像儀和探測(cè)原理

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果分析

探測(cè)結(jié)果表明20 m、10 m礦柱留設(shè)背景下巷道松動(dòng)圈發(fā)育程度的關(guān)系為：礦柱側(cè)>頂板>礦壁側(cè)，礦柱作為承載上覆巖體回轉(zhuǎn)的重要支承，在受到壓應(yīng)力作用下被壓實(shí)，因此礦柱側(cè)松動(dòng)圈范圍大于巷道頂板及礦壁側(cè)，兩巷道礦柱側(cè)松動(dòng)圈范圍的關(guān)系為：20 m礦柱側(cè)（2.61 m）＞10 m礦柱側(cè)（2.04 m）。

巖層裂隙發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)

隨著鉆孔深度的遞增，無(wú)論是20 m礦柱側(cè)還是10 m礦柱側(cè)，裂隙數(shù)變化趨勢(shì)呈現(xiàn)多段近似于“S”形曲線，隨著鉆孔深度的增加，裂隙最后趨于零，這表明隨著深度的增加，巖石的完整性逐漸增強(qiáng)，裂隙發(fā)育受到抑制。

礦柱受力狀態(tài)力學(xué)分析

20 m與10 m礦柱受采掘影響，應(yīng)力分布各異，圍巖受損程度亦不相同。通過(guò)結(jié)合前述鉆孔窺視圖像，圍巖受損主要限于淺表層，內(nèi)部巖石結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，形成彈性核區(qū)域，維持較高力學(xué)性能和承載能力。彈性核區(qū)域的存在是礦柱穩(wěn)定性的關(guān)鍵，能抵抗外部荷載，確保結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。因此，鑒于礦柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性和彈性核的支撐作用，礦柱寬度在保證穩(wěn)定性的前提下，礦柱的寬度有可能進(jìn)一步優(yōu)化減小。

結(jié) 論

（1）瓦廠坪鋁土礦采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開采過(guò)程中，區(qū)段巷道圍巖破壞特征與區(qū)段礦柱尺寸聯(lián)系密切，為研究?jī)烧咧g的相互影響關(guān)系，通過(guò)對(duì)瓦廠坪鋁土礦不同寬度區(qū)段礦柱留設(shè)下的1104回風(fēng)巷、1106回風(fēng)巷圍巖破壞特征實(shí)測(cè)研究，得出兩巷松動(dòng)圈大小及裂隙發(fā)育程度均為：礦柱側(cè)>頂板>礦壁側(cè)。

（2）圍巖裂隙密度表明，20 m寬礦柱圍巖裂隙密度組數(shù)比10 m寬礦柱圍巖裂隙密度組數(shù)多，圍巖裂隙均在淺部較為發(fā)育。在深部10 m寬度礦柱側(cè)的圍巖穩(wěn)定性較高，而20 m寬度礦柱側(cè)仍存在一定的破裂現(xiàn)象。鉆孔圖像定性、定量分析均表明，20 m寬度礦柱留設(shè)下的1104回風(fēng)巷圍巖破裂程度和深度均較10 m寬度礦柱留設(shè)下的1106回風(fēng)巷更為顯著，礦山在進(jìn)行支護(hù)時(shí)應(yīng)根據(jù)松動(dòng)圈類別針對(duì)兩巷道變形破壞區(qū)域的差異性進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)。

（3）受掘采擾動(dòng)影響，2種礦柱淺部圍巖雖受到了不同程度的破壞影響，但對(duì)礦柱內(nèi)部的裂隙發(fā)育與擴(kuò)展的影響不大，中部仍然存在一定范圍的彈性核區(qū)域，表明現(xiàn)階段留設(shè)的20 m、10 m寬度礦柱均具有進(jìn)一步優(yōu)化減小的可能性。

引用格式

高林,高昌思,吳延平,等. 大型鋁土礦山綜采工作面區(qū)段回風(fēng)巷圍巖破壞特征實(shí)測(cè)研究 [J]. 金屬礦山, 2025(4): 12-20.

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作者簡(jiǎn)介

高 林

工學(xué)博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）采礦工程專業(yè)，全國(guó)非煤礦山安全生產(chǎn)專家，全國(guó)煤礦支護(hù)優(yōu)秀專家，國(guó)家自然科學(xué)基金通訊評(píng)議專家，教育部學(xué)位中心評(píng)審專家，中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)采礦巖石力學(xué)分會(huì)第一屆理事會(huì)理事，中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)煤礦智能開采與巖層控制分會(huì)第七屆理事會(huì)理事，國(guó)家礦山安全監(jiān)察局貴州局礦山安全生產(chǎn)專家，貴州省應(yīng)急管理廳第一批入庫(kù)專家，貴州省能源行業(yè)（煤礦建設(shè)項(xiàng)目管理）第一批入庫(kù)專家，《金屬礦山》雜志社青年編委。主要從事礦山綠色智能開采與巖層控制方面的研究，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家礦山安全監(jiān)察局礦山安全生產(chǎn)科研攻關(guān)項(xiàng)目、貴州省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目等國(guó)家和省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)，企業(yè)委托項(xiàng)目20余項(xiàng)；發(fā)表SCI、EI源刊收錄論文等20余篇；參編教材2部；申請(qǐng)/授權(quán)發(fā)明專利11項(xiàng)，實(shí)用新型專利15項(xiàng)；登記計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)6項(xiàng)；獲2021、2022、2024年度綠色礦山科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)各1項(xiàng)。

《金屬礦山》簡(jiǎn)介

《金屬礦山》由中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國(guó)金屬學(xué)會(huì)主辦，主編為中國(guó)工程院王運(yùn)敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊（中國(guó)科技核心期刊）、中國(guó)精品科技期刊（F5000頂尖學(xué)術(shù)論文來(lái)源期刊）、中國(guó)百?gòu)?qiáng)報(bào)刊、RCCSE中國(guó)核心學(xué)術(shù)期刊（A）、中國(guó)期刊方陣雙百期刊、國(guó)家百種重點(diǎn)期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國(guó)化學(xué)文摘（CA）、美國(guó)劍橋科學(xué)文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機(jī)電與自動(dòng)化、安全環(huán)保、礦山測(cè)量、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域具有重大學(xué)術(shù)價(jià)值或工程推廣價(jià)值的研究成果，優(yōu)先報(bào)道受到國(guó)家重大科研項(xiàng)目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國(guó)科技信息研究所發(fā)布的《2024中國(guó)科技期刊引證報(bào)告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術(shù)學(xué)科核心期刊第1位；根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊影響因子年報(bào)》（2024版），《金屬礦山》學(xué)科影響力位居73種礦業(yè)期刊第9位。

供稿：曾文旭

編排：戴穎熠

審核：王小兵

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