焦家矿区目前进路断面规格统一为3.5m×3.5m,采用小断面进路的优点是设计简单、回采作业安全性高,缺点是开采效率低、不易展开机械化生产、单采场生产能力小。随着生产任务不断加重和逐渐进入深部开采,采场跨度优化设计成为焦家金矿急需解决的技术难题。本文以焦家矿区15中段至18中段采场为研究对象,在采场实地调查、岩石室内试验、非接触式节理裂隙测量等基础上,结合矿山现场实际情况,以焦家矿区采场跨度优化为目标,围绕岩体结构面信息调查、围岩稳定性分级、进路采场跨度优化、采场跨度支护优化等内容展开研究,取得以下成果及结论: (1)采场实地调查显示,由于深部地压的作用及节理裂隙的影响,井下岩体出现了明显的变形破坏,两帮出现明显压裂破坏现象,顶板则保持相对稳定;支护出现较明显破坏,表征为锚杆外露、穿带松垮、锈蚀断裂、支架变形、混凝土层开裂等;实际采场跨度大部分超出了设计尺寸,具有设计优化空间。 (2)在焦家矿区15中段至18中段不同采场进行代表性取样,制作标准试件,完成了岩石室内力学试验,获得了焦家矿区岩石力学参数,为岩体质量分级和进路采场跨度优化提供基础数据。 (3)基于现场节理裂隙非接触扫描和蒙特卡洛统计分析方法,对数据进行了模糊聚类分析,建立了节理裂隙的分布模型,取得焦家矿区岩体结构面参数。在此基础上,综合运用Q分级方法、RMR分级方法、BQ分级方法进行岩体稳定性分级并对分级结果进行对比分析研究,得到焦家矿区研究区域岩体质量分级结果。引入模糊数学理论,对围岩稳定性进行模糊综合评价分析,更客观真实的反映围岩质量情况。 (4)在围岩稳定性分级基础上,采用Mathews稳定图表法和上向进路极限跨度力学模型法分别对采场跨度进行优化设计,给出各自的许用跨度;根据前述成果,考虑安全系数,对焦家矿区采场的跨度进行优化,优化结果表明Ⅲ级围岩许用安全跨度不应超过5.5m,Ⅳ级围岩许用安全跨度不应超过5m,Ⅴ级围岩许用安全跨度不应超过4m。 (5)前述采场跨度优化设计是在无支护条件下开展的,研究中很难对地质构造、岩体性质进行准确无误的观测及描述。基于生产安全方面的考虑,必须进行采场跨度支护优化设计。通过理论分析计算方法得出Ⅲ级围岩、Ⅳ围岩可采用锚杆、喷锚网等支护方式,并给出相应支护参数;利用数值模拟软件进行数值模拟分析,Ⅴ级围岩可采用钢支架支护并给出相应支护参数。 (6)选取岩体质量等级基本为Ⅴ等级的16中段进行工业试验,采用振弦式锚杆应力计监测按照优化跨度开挖后的巷道应力情况,测试结果表明按照优化后的采场跨度开拓的巷道在在采用推荐支护设计情况下能满足安全生产需要。