乔后盐矿巷道变形收敛的观测及结果分析
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摘要
叙述了对乔后盐矿井下巷道进行变形和收敛观测的结果，分析了观测数据，主要结论：自６０年代以来该矿岩盐巷道的收敛速度已明显加快，垂直方向的日平均收敛量已由６０年代初期的约０．５３ｍｍ增至现在的０．９～１．１ｍｍ，但巷道围岩目前仍处于稳定蠕变阶段；矿体周围的原岩应力场为自重应力场，原岩垂直应力大于水平应力。
Derformation and convergence survey were made on the drift of Qiaohou Salt Mine withthree techniques.It can be concluded from the obtained data that the convergence velocity of the drift hasbeen increasing since 1960′s,with the average convergence rate per day at verical direction increasingfrom about 0.53 mm at early 1960′s to about 0.9～1.1 mm at the present.Yet the rock salt around thedrift is still in steady state creep It can also be concluded that the initial stress around the orebodv is inherent stress due to gravity。
Derformation and convergence survey were made on the drift of Qiaohou Salt Mine withthree techniques.It can be concluded from the obtained data that the convergence velocity of the drift hasbeen increasing since 1960′s,with the average convergence rate per day at verical direction increasingfrom about 0.53 mm at early 1960′s to about 0.9～1.1 mm at the present.Yet the rock salt around thedrift is still in steady state creep It can also be concluded that the initial stress around the orebodv is inherent stress due to gravity。
引文
”和“＝”表示。表3中的5个收敛观测断面，C和E2个断面位于走向近东西向的沿脉巷道内，其余3个断面则位于穿脉巷道内。3讨论根据1961～1964年的变形观测，可以认为当时岩盐平巷顶底板间的平均收敛量接近20cm。收敛仪观测的结果则说明，近年来这一收敛值已超过30cm。水准仪观测点因顶板点与底板点独立埋设，未形成观测断面，所得数据不便与另两组数据直接对比，但由表2和图1显然可见，1983年以来巷道的变形与收敛在逐渐加快。考虑到麦2中的数据都是在4水平岩盐巷道中获得的，测点数相对较多，可把顶板点与底板点平均变形之和看作巷道平均收敛量的近似值，于是可得1983～1989年平均收敛量约27cm／a，1989～1993年则达约40cm／a。由于巷道变形具有明显的不均匀性，测点数还不够多，收敛仪与水准仪两种方法的观测结果不一致是正常的。由上述观测数据可知，乔后盐矿岩盐巷道的变形与收敛自60年代以来有明显增加，垂直方向的收敛量已由60年代初的约20cm／a（0．53mm／d）增至目前的34～40cm／a（0．9～1．1mm／d）。岩盐是典型的流变材料，变形随时间的增长而增加，是时间的函数。由收敛计的观测结果（图2）可知，巷道的收敛变形随时间的增长基本呈线性增长。将观测时间与收敛值作线性回归计算。得到的各断面不同方向时间——收敛值线性回归方程，相关系数都在0．99以上。此外，目前乔后盐矿岩巷道除需清除浮石等日常维扩工作外，绝大多数地段是稳定的，不需要支护。由此可知，尽管发生了12号水溶钻井垮塌并冒通地表的事故，巷道仍是稳定的，围岩处于稳定蠕变阶段，目前每天接近或超过1mm的收敛速度不会导致巷道的破坏。文中三种观测方法得到的三组数据有一个共同特点：数据的分散程度都较大。在1961～1964年变形观测的数据中，尽管岩盐平巷中的测点总数达32对，所得位移平均值的偏差系数仍达50％左右。若将这32对数据按测点所在中段分别统计，则所得的各中段平均位移值的偏差系数变化范围为40％～70％。由此可知，观测数据来自不同中段，不是造成数据分散的主要原因。水准点观测数据的偏差系数稍小，在20．1％到38．2％之间。收敛仪观测结果，垂直方向日平均收敛量的偏差系数为38．8％，水平方向则达到51．3％。这些数据说明，乔后盐矿井下巷道围岩的流变速度是很不均匀的，变化范围很大。影响岩盐流变速度的主要因素有岩石的性质、原岩应力场、巷道尺寸等方面，现场观察时可发现，巷道壁上直径约40mm的炮孔可保持岩干年而不完全闭合。这说明，流变速度与所开凿的自由空间尺寸有关，与理论解答一致。考虑开凿空间的尺寸，将收敛仪观测结果的日平均收敛量除以测点间的初始距离，可得每米距离日平均收敛量（见表3）。每米距离日平均收敛量与日平均收敛量相比，偏差系数有所下降：垂直方向由38．8％降至32．2％，水平方向由52．3％降至48．3％。显然，下降幅度是有限的，数据的分散性还未得到显著改善，将1961～1964年间巷道变形观测数据计入巷道尺寸这一因素，所得平年平均收缩量为7．61cm／a·m，偏差系数则达52．6％，可认为巷道变形量的分散程度与不考虑巷道尺寸因素时完全相同，由此可得出结论：巷道变形的不均匀性与巷道尺寸这一因素基本无关。笔者认为，导致巷道变形不均匀的主要原因，是采矿产生的开采空间，以及岩性的不均匀性。事实上，由于围岩稳定性较差，乔后盐矿各中段平巷均位于脉内，在采用房柱法开采的中段，这些平巷紧靠采场，受采场二次应力场的影响极大。加上各中段房与柱未能对齐，二次应力场极为复杂，这对巷道围岩次生应力场的影响是显而易见的。在4水平未采用房柱法开采，且随着时间的增长，上部房柱法开采的空间逐渐闭合，应力场趋于均匀，但在4水平以下采用水溶法开采，所采出的盐量达解放以来全矿生产盐量的约70％。4水平以下洞室水溶法和钻井水溶法的空间纵横交错，分布复杂，对4水平二次应力场的影响也是很大的。岩盐矿体中存在品位较低的夹石，使溶腔形状变得复杂，这也会对巷道围岩的二次应力场产生影响，总之，二次应力场分布十分复杂，巷道各断面的变形很不一致，是乔后盐矿的一个重要的特点。由收敛仪观测结果还可发现，所有断面上垂直方向的收敛速度都大于水平方向的收敛速度，两个方向上收敛速度之比在123到2．75之间，每米距离收敛速度之比则约在2到4之间，根据有关理论公式，各向同性流变材料的最大变形速度方向与最大主应力方向是一致的。岩石力学试验的结果，乔后盐矿“岩盐各向异性不明显。由此可以推断：乔后盐矿矿体附近的原岩应力场是一个自重应力场，原岩垂直应力分量大子水平应力分量。从整体上看，乔后盐矿位于近南北向的苍山——罗平山山脉西冀，矿区附近是两条大断裂的交汇点，小规模的地震相当频繁，因而区域性原岩应力场中水平应力应大于垂直应力。但盐矿矿体位于一个半岛型的孤立山头之中，该山头仅在西冀与罗平山脉的一条近南北向的余脉有小部相连。岩盐的流变特性易于使构造应力得到释放，矿体顶底板围岩又都是松软破碎的岩体。因此，笔者认为矿体附近的原岩应力场为自重应力场是正常的。4结论1）乔后盐矿岩盐巷道的变形和收敛速度自60年代以来有明显增加，垂直方向的收敛速度已由60年代初期的约20cm／a（0．53mm／d）增至目前的34～40cm／a（0．9～1．1mm／d）2）岩盐巷道目前处于稳定状态，每天1mm左右的收敛速度不会导致巷道的破坏。3）矿体周围的原岩应力均为自重应力场，原岩垂直应力大于水平应力。4）收敛变形观测数据的分数性很大，主要原因是开采空间分布复杂，导致矿体中二次应力场的分布也十分复杂。致谢昆明工学院藏士勇、乔后盐矿杨定华、罗金义、蒋庆珍等多人先后参加了有关的观测工作，特此致谢。参考文献1于学馥等．地下工程围岩稳定分析．北京：煤炭工业出版社，1983．1～92高威远．岩盐矿山地下开采引起地责变形规律初探．中国井矿盐，1991，（3）：17～2l3田良灿等译．第四届国际岩石力学会议论文选译。北京：冶金工业出版社，1985．64～70
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