1 引言

礦業交流群內一位工程師問了這么一個問題：在RMR分級為2類的圍巖中，開挖兩條平行巷道，巷道斷面尺寸為4m*4m, 巷道之間的距離為4m, 問放炮會不會把兩條巷道穿透？群內工程師們進行了熱烈的討論，從理論和實踐的角度提出了許多觀點。這個筆記簡要從兩條巷道之間圍巖的應力和變形討論了設置的安全距離。

2 確定巖體參數

由于沒有提供更多的巖體和施工信息，因此作為定性解釋，作了許多假設。首先假定巖體為火成巖之類的(玄武巖，流紋巖，輝長巖等)巖石，巖石的單軸抗壓強度取近似的平均值175MPa [三大類巖石的強度特性(C2)(中英文詞匯對照)]；巖石密度取0.027MN/m^3,  巷道埋深為300m, 因此垂直原巖應力為8MPa, 水平原巖應力假定為垂直原巖應力的一半4MPa[原巖應力(in-situ stresses)的估算]。

假定巖體為各向同性，按RMR為II類來考慮，為了安全起見，取其最小值RMR=60, 使用Hoek(1995)建議的關系式：GSI=RMR-5, 得GSI=55。此外，巖石參數取mi=25，擾動系數按最不利的情況來考慮(爆破質量差) D=0.8, 使用[巖體變形模量的估算---Python實現]中的代碼Hoek-Brown.py估算巖體參數，其結果如下：(1) 內摩擦角=46度；(2) 粘結力=2.53MPa; (3)巖體的單軸抗壓強度=30.36MPa; (4) 巖體的單軸抗拉強度=0.11MPa; (5) 巖體的變形模量=10584.5MPa. 這些參數值作為輸入參數進行了下面的數值模擬。

3 巷道圍巖的應力和變形

為了簡單起見，假定兩條巷道開挖同時完成，并且不考慮分步開挖和材料軟化。我們重點想了解一下巷道之間圍巖的應力分布和變形。首先檢查巷道之間的位移，從下圖可以看出，兩個巷道之間的位移幾乎為零，顯示出巷道之間的圍巖不受影響。

應力跡線圖顯示出巷道之間產生的最大主應力和最小主應力，沒有產生應力集中現象。

強度系數圖顯示出巷道之間沒有產生拉應力區域。

上述結果表明在目前假設的條件下，設置巷道之間4m的間距應該是可行的。

4 結束語

主應力軸與水平軸的夾角對開挖后的應力分布具有明顯的控制作用，在上述分析中，假定這個角度為零。不過，大多數實測的主應力顯示這個角不是零度，所以上述結論也包含了這個假設。此外，群內有位工程師提出是否可以使用礦柱經驗公式來估算巷道之間的安全距離，由于礦柱強度估算[礦柱強度估算---Greenwald公式；礦柱強度估算---Obert-Duvall公式(Pillar Strength Formula)]主要是針對房柱采礦法使用的，其受力機理與兩條平行巷道開挖的受力機理不同，因此不建議使用礦柱強度經驗公式來估算。

非常感謝各位同仁對該問題的討論。