巖體質(zhì)量評價對研究巖質(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)，而且對邊坡風險等級劃分、防治方法的確定具有重要參考價值。巖體質(zhì)量的評價和分級已經(jīng)有很多成熟和完整的方法，如被廣泛認可和應用的國標分類法、Q系統(tǒng)法、RMR分類法等，但它們往往依賴于現(xiàn)場采樣和接觸式測量，這在高陡邊坡或難以接觸的區(qū)域?qū)嵤┢饋黼y度較大。隨著技術手段的進步和研究的深入，有學者將新技術與以上方法相結合。三維激光掃描技術因其無接觸、高精度和抗干擾能力強的特點，在巖體質(zhì)量評價中展現(xiàn)出巨大潛力。與傳統(tǒng)方法相比，該技術能夠快速獲取巖體表面的點云數(shù)據(jù)，極大地提高了評價效率和準確性，同時降低了成本和環(huán)境干擾的風險，并且可以很好地解決對高陡邊坡和庫岸邊坡難以接觸測量的問題。

基于上述考慮，貴州大學高林團隊以瓦廠坪鋁土礦留設不同寬度區(qū)段礦柱下的1104回風巷及1106回風巷為研究對象，采用鉆孔窺視儀進行巷道圍巖現(xiàn)場探測，基于定性和定量分析，進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)開采過程中區(qū)段礦柱留設及巷道圍巖控制提供了科學依據(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)場工程調(diào)研，兩回風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稱性。

（2）幫部巖體鼓出，原有的金屬網(wǎng)支護因巖體變形無法緊貼巖面，鋼棚變形嚴重，大部分未能與巖面緊密貼合，巷道礦柱側(cè)變形量普遍大于實體礦側(cè)變形量，現(xiàn)場采用單體液壓支柱進行加強支護。

巷道變形特征

現(xiàn)場實測方法及測站布置

采用CXK-12A礦用本安型鉆孔窺視儀，在1104回風巷布置測站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，在1106回風巷布置測站Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，對圍巖內(nèi)部結構產(chǎn)狀進行實時觀測。

鉆孔成像儀和探測原理

現(xiàn)場實測結果分析

探測結果表明20 m、10 m礦柱留設背景下巷道松動圈發(fā)育程度的關系為：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，在受到壓應力作用下被壓實，因此礦柱側(cè)松動圈范圍大于巷道頂板及礦壁側(cè)，兩巷道礦柱側(cè)松動圈范圍的關系為：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

隨著鉆孔深度的遞增，無論是20 m礦柱側(cè)還是10 m礦柱側(cè)，裂隙數(shù)變化趨勢呈現(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，裂隙發(fā)育受到抑制。

礦柱受力狀態(tài)力學分析

20 m與10 m礦柱受采掘影響，應力分布各異，圍巖受損程度亦不相同。通過結合前述鉆孔窺視圖像，圍巖受損主要限于淺表層，內(nèi)部巖石結構相對完整，形成彈性核區(qū)域，維持較高力學性能和承載能力。彈性核區(qū)域的存在是礦柱穩(wěn)定性的關鍵，能抵抗外部荷載，確保結構整體穩(wěn)定。因此，鑒于礦柱內(nèi)部結構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一步優(yōu)化減小。

結 論

（1）瓦廠坪鋁土礦采用走向長壁綜合機械化開采過程中，區(qū)段巷道圍巖破壞特征與區(qū)段礦柱尺寸聯(lián)系密切，為研究兩者之間的相互影響關系，通過對瓦廠坪鋁土礦不同寬度區(qū)段礦柱留設下的1104回風巷、1106回風巷圍巖破壞特征實測研究，得出兩巷松動圈大小及裂隙發(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寬度礦柱留設下的1104回風巷圍巖破裂程度和深度均較10 m寬度礦柱留設下的1106回風巷更為顯著，礦山在進行支護時應根據(jù)松動圈類別針對兩巷道變形破壞區(qū)域的差異性進行區(qū)別設計。

（3）受掘采擾動影響，2種礦柱淺部圍巖雖受到了不同程度的破壞影響，但對礦柱內(nèi)部的裂隙發(fā)育與擴展的影響不大，中部仍然存在一定范圍的彈性核區(qū)域，表明現(xiàn)階段留設的20 m、10 m寬度礦柱均具有進一步優(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)段回風巷圍巖破壞特征實測研究 [J]. 金屬礦山, 2025(4): 12-20.

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作者簡介

高 林

工學博士，副教授，碩士生導師。畢業(yè)于中國礦業(yè)大學（北京）采礦工程專業(yè)，全國非煤礦山安全生產(chǎn)專家，全國煤礦支護優(yōu)秀專家，國家自然科學基金通訊評議專家，教育部學位中心評審專家，中國煤炭學會青年工作委員會委員，中國巖石力學與工程學會采礦巖石力學分會第一屆理事會理事，中國巖石力學與工程學會煤礦智能開采與巖層控制分會第七屆理事會理事，國家礦山安全監(jiān)察局貴州局礦山安全生產(chǎn)專家，貴州省應急管理廳第一批入庫專家，貴州省能源行業(yè)（煤礦建設項目管理）第一批入庫專家，《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，主持國家自然科學基金、國家礦山安全監(jiān)察局礦山安全生產(chǎn)科研攻關項目、貴州省科技支撐計劃項目等國家和省部級項目10余項，企業(yè)委托項目20余項；發(fā)表SCI、EI源刊收錄論文等20余篇；參編教材2部；申請/授權發(fā)明專利11項，實用新型專利15項；登記計算機軟件著作權6項；獲2021、2022、2024年度綠色礦山科學技術獎一等獎各1項。

《金屬礦山》簡介

《金屬礦山》由中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司和中國金屬學會主辦，主編為中國工程院王運敏院士，現(xiàn)為北大中文核心期刊、中國科技論文統(tǒng)計源期刊（中國科技核心期刊）、中國精品科技期刊（F5000頂尖學術論文來源期刊）、中國百強報刊、RCCSE中國核心學術期刊（A）、中國期刊方陣雙百期刊、國家百種重點期刊、華東地區(qū)優(yōu)秀期刊，被美國化學文摘（CA）、美國劍橋科學文摘（CSA）、波蘭哥白尼索引（IC）、日本科學技術振興機構數(shù)據(jù)庫（JST）等世界著名數(shù)據(jù)庫收錄。主要刊登金屬礦山采礦、礦物加工、機電與自動化、安全環(huán)保、礦山測量、地質(zhì)勘探等領域具有重大學術價值或工程推廣價值的研究成果，優(yōu)先報道受到國家重大科研項目資助的高水平研究成果。根據(jù)科技部中國科技信息研究所發(fā)布的《2024中國科技期刊引證報告（核心版）》，《金屬礦山》核心總被引頻次位列26種礦業(yè)工程技術學科核心期刊第1位；根據(jù)中國知網(wǎng)發(fā)布的《中國學術期刊影響因子年報》（2024版），《金屬礦山》學科影響力位居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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