三山岛海底金矿开采充填体与顶板岩层的变形监测研究

三山岛金矿新立矿区是我国第一个从事海底基岩矿床开采的金属矿山,主要可采矿体均赋存于海底下部20～670 m的岩体中,矿体与海水间仅靠2～3 m厚的海底黏土隔水层隔离。为保障矿山安全生产,根据新立矿区具体的采矿地质条件,选择-200 m中段63线13#、71线17#和111线37#穿脉巷道,埋设了6个测点的埋入式智能记忆型位移计。每个穿脉巷道的测点均按2种方式布设：一种是上向倾斜钻孔穿过下盘围岩、充填体与下盘围岩的接触带和充填体,用以监测充填体与下盘岩体的相对变形;第二种是上向倾斜钻孔穿越F1主裂面下盘岩体和上盘岩体,用以监测断层上下盘岩体的相对变形。通过2013年9月至2014年12月的现场监测,获得了监测期间开采活动引起的充填体及顶板岩层的移动变形特征。监测结果表明,海底充填体和上盘围岩的变形量较小,表明三山岛金矿新立海底采场充填体和上盘围岩在监测期间保持了很好的稳定性。     

海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山,其对开采技术的要求较高,海下开采遇到了严重的安全问题,其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题,掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测,得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上,提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后,通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征,提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成,采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近,预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

三山岛金矿海底开采井下沉降特点及影响因素浅析

三山岛金矿新立矿区是我国首例实施海底开采的金属矿山。为了研究新立矿区井下矿体围岩变形破坏特征,以与矿体走向垂直的55号勘探线为监测剖面,通过布设井下四等水准监测系统,对55号勘探线剖面内不同深度开采中段巷道顶板围岩的垂直位移进行了长期监测。分析结果表明：（1）海底不同深度各中段矿体开采引起的变形均表现为对上盘岩体的影响范围大,而对下盘岩体影响范围小,越靠近矿体（或控矿断层F1）部位,顶板围岩的下沉量越大;（2）各中段的累积沉降量曲线总体上表现为不对称漏斗形,其中较浅部的-200 m中段与-240 m中段累积沉降量曲线底部较为平缓,呈近似“锅”状,而深部的-320 m、-400 m、-480 m和-600 m中段沉降曲线呈“漏斗”状;（3）新立矿区矿体厚度、开采深度、开采强度、围岩岩性、围岩岩体结构以及充填效果是影响海底倾斜矿体开采围岩变形的因素,其中,矿区内控矿断层F1的存在直接影响围岩变形曲线的形态。     

膏体充填开采覆岩移动变形规律研究

为分析矿山膏体充填开采覆岩移动角的变化规律,采用FLAC3D分析软件对某矿山膏体充填开采不同因素影响下覆岩的移动变形特征进行模拟,并基于模拟结果对覆岩不同水平的移动角进行研究。研究结果表明:充填体灰砂比越大和充填率越高,地表下沉量越小,覆岩危险变形区的发育高度也越小; 覆岩危险变形区的发育高度与充填体灰砂比之间满足指数函数关系; 覆岩移动角会随着覆岩距顶板高度的增大而近似于线性增大。结合回归分析,建立了覆岩移动角与覆岩距顶板高度、充填体灰砂比之间的关系式,进一步揭示了膏体充填开采下的覆岩移动角的变化规律,为矿山合理确定覆岩移动角提供一定的基础理论依据。      

金川二矿区采场巷道围岩与充填体收敛变形监测研究

金川二矿区深部开采过程中采场围岩及充填体的稳定性是二期安全生产中的关键技术问题。随着开采深度的增加，采场面积扩展和地压增大，采场围岩及充填体潜在着严重的屈服破坏和整体失稳的可能。为了进行采场及充填体稳定性预测，金川矿区对此进行了多种手段和全方位的变形监测。收敛监测是其主要监测手段之一。本简要地介绍巷道收敛监测网布设、监测方案以及监测结果，并给出监测所获得的一些结论。     

山东望儿山矿区浅部复采对井筒稳定性影响的数值模拟

根据望儿山矿区的工程地质与采矿条件,采用数值模拟的手段对浅部复采引起的岩体移动变形及其对竖井井筒的稳定性进行了研究。通过数值模型计算,指出复采过程中岩体应力场和位移场的变化规律,对充填与不充填开采2种条件下井筒的应力和位移变化进行了讨论。研究表明,地下开采破坏了矿岩原有的应力场平衡状态,地下空区形成后对竖井围岩的主应力场产生了较大的影响,在浅表部最大主应力较低,有些位置甚至为拉应力,容易导致竖井井壁发生破裂,不利于竖井的稳定。在对采空区进行充填后,竖井井壁围岩主应力基本为压应力,连续性好,稳定性得到了大大提高。此外,与不充填时相比,对空区进行充填后,竖井井壁位置的位移量大大减小,可见,空区充填对限制围岩移动,维护竖井的稳定起到了很大的作用,为了保障矿山安全生产,浅部矿体复采实施充填法开采是避免竖井变形破坏的有效措施。     

海底金属矿床安全高效开采工业试验

三山岛金矿新立矿区属于中国第一个海底开采的金属矿山.矿区开采的关键是确保在开采过程中海底不产生非均匀沉降、裂缝和塌陷.根据新立矿区开采技术条件,选择了63#、71#和79#3个具有代表性的试验采场.71#采场选择了高进路充填采矿法,79#采场选择了房柱式分层充填采矿法,对海底矿床安全开采进行全面的研究.试验结果表明,高...     

上盘进路下盘水平分层联合采矿法试验研究

三山岛金矿是我国特大型地采黄金矿山之一,也是地采机械化装备程度最高的黄金矿山。新立矿区原设计采用脉内点柱式上向分层充填采矿法,因上盘矿岩比较破碎、开采难度比较大、矿石贫化损失率比较高,为此设计了独特的上盘进路与下盘水平联合采矿法开采矿石。试验结果表明,这种联合采矿方法不仅在技术上先进、经济上适用,而且安全可靠,可为地质条件相类似的矿山借鉴。     

下向分层尾砂胶结充填采矿法在吉林吉恩镍业大岭矿的应用与实践

充填采矿法是一种回收率高、贫化率低、采矿成本比较高的采矿方法,本方法适用于矿岩稳定性差的贵金属地下矿床以及有特殊要求的矿床开采。采用充填采矿法的矿山,其采场地应力的分布与围岩的稳定状态,不仅与矿区的地质构造、原岩应力、矿岩质量等因素有关,而且还与充填体的强度、充填体的整体性和充填工艺等密切相关。充填体与围岩的应力分布,以及其最终稳定的状态取决于充填体与围岩的相互作用的结果。     

地下采空区围岩破坏发展的有限元数值分析

利用有限元建立数值分析模型,通过对充填采矿法采矿时的矿体围岩塑性区动态发展变化过程的模拟,预测了地表的潜在变形塌陷以及需要进行重点安全监测的隐患区域和危险范围,为矿山地下采空区分层开采和充填方案的确定提供参考。     

龙首矿充填体悬臂结构的稳定性分析与评价

安全是矿山生产中极其重要的一环,充填体悬臂结构是龙首矿进路回采中十分常见的安全隐患形式,由于自重和深部地应力的作用,容易发生崩塌破坏现象。根据龙首矿实际情况,其充填体悬臂结构失稳破坏主要有崩落式和拉裂—坠落式2种形式。基于悬臂梁理论,建立进路人工假顶悬臂和充填围岩悬臂力学计算模型,通过理论计算悬臂极限长度、数值模拟验证和稳定性系数K并进行综合评价,以保障矿山安全生产。结果表明：充填体悬臂的稳定性受顶部裂缝深度比和实际长度的影响,其极限长度与数值模拟结果基本一致。同时,稳定性系数Ｋ能够有效统计不同裂缝条件下充填体悬臂状态,判断充填体悬臂顶部裂缝深度比情况。因此,悬臂极限长度和稳定性系数Ｋ能够有效评价龙首矿充填体悬臂的稳定性,实际应用简单,计算结果与现场调查情况基本吻合,对于潜在的充填体悬臂结构安全隐患能起到及时预警的效果。     

金川二矿区地应力特征及其对巷道变形破坏的影响研究

随着地下工程建设不断向地球更深处发展,高地应力已成为影响深部巷道围岩稳定性的关键因素.针对金川二矿区高地应力问题,总结研究区地应力分布特征,采用离散元数值方法计算了3种不同地应力条件下巷道围岩的变形破坏过程.所得主要结论包括:(1)研究区地应力分布离散性较强,已测最大主应力多数为水平方向,但随着埋深的增加,竖直主应力逐...     

基于CRITIC-CW法的地下矿岩体质量评价

岩体质量评价结果是地下矿各类工程的重要基础数据。针对影响岩体质量的因素众多,且各因素间模糊性显著的特点,为更准确地评价地下矿岩体质量,提出了一种可定量分析影响岩体质量各因素间模糊性的CRITIC-CW法。选取了岩石质量指标RQD、岩石单轴饱和抗压强度RW、岩体完整性系数Kv、结构面强度系数Kf和地下水渗水量ω共5个指标用于评价地下矿岩体质量。收集了国内外20组岩体质量评价的样本数据,采用CRITIC法计算样本数据的离散性和内在联系,获得了评价指标的权重。采用CRITIC-CW法对20组岩体质量评价样本进行评价,结果误判仅为一例,表明CRITIC-CW法具有较高的准确性和可靠性。采用CRITIC-CW法对三山岛金矿新立矿区部分采场的岩体质量进行评价,结果表明:所评价采场的岩体质量主要为Ⅲ级和Ⅳ级,岩体质量较差,依据岩体质量评价结果,对评价等级为Ⅳ级的采场及周边工程加强支护后,矿区冒落现象显著减少。     

动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征

以冬瓜山铜矿井下900 m深处的出矿巷道作为研究对象,基于“隔一采一充一”阶段凿岩、分段崩落的回采方案,利用FLAC^3D数值模拟软件研究了静动态开挖过程中出矿巷道围岩的变形特征。模拟相关岩体力学参数由三轴压缩及频繁冲击扰动试验数据折减获得,采用Mohr-Coulomb模型进行静态开挖分析,结合Strain-Softening模型进行动态扰动影响模拟分析。研究结果表明：爆破产生的扰动促使围岩变形加剧,但不会改变静态开挖时围岩变形演化的规律;开挖时巷道周边产生应力卸荷现象,且顶板出现拉应力,靠近采场巷道两帮应力离散性大,造成顶板易产生拉伸破坏,靠近采场巷道两帮易发生片帮;结合深部出矿巷道实际稳定情况,推测巷道顶板及靠近采场部位易产生破坏,需加强支护,其余部位稳定性相对较好。     

某地下矿山开采对井筒的影响性研究

采用MIDAS/GTS NX对某矿山的矿体、围岩、井筒的整体三维数值模型,论证设计对井筒留设12 m的保安矿柱的合理性,进行了有限元数值模拟分析。数值计算结果表明:从位移结果方面来看,在保安矿柱内部盲提升竖井范围内,在矿体上盘区域井筒发生最大竖直位移为-1.03 cm,矿体开采区域下盘井筒附近发生最大竖直位移为+0.41 cm,矿体开采对井筒产生的变形量较小;从塑性区结果来看,矿体开采后塑性区主要分布在矿体开挖空间附近,塑性区面积为22.1%,最大塑性变形为9.19×10^-4,在井筒周边岩体仅有少量单元发生塑性破坏。综合以上分析得出,某地下矿山设计提出的井筒设置12 m保安矿柱的方案合理。     

古汉山矿软岩巷道底臌机理研究

针对极软岩巷道围岩变形破坏和严重底臌问题，现场通过对巷道围岩进行地应力量测、物理力学性质分析测试、矿物成份分析和节理裂隙调查确定了软岩类型。     

复杂破碎巷道支护效果分析与评价

金川集团龙首矿为高应力复杂破碎岩体,矿区岩体流变特性显著,巷道围岩变形量大,变形持续时间长;为有效控制巷道收敛变形,矿山采用了双层喷锚网支护的支护加固措施。为探究矿山当前的巷道支护效果,进行了现场锚杆应力和巷道收敛变形监测,结果表明:巷道锚杆整体托锚力较低,一般为锚杆锚固能力的6.67%～23.33%,为此提出了增强支护效果的建议措施;巷道围岩变形量呈现缓慢增加趋势,变形速率有减缓趋势,水平方向收敛大于垂直方向收敛,平均收敛速率0.09～0.19mm/d,处于减速变形阶段,巷道整体稳定状态良好,取得了相对较好的支护加固效果。     

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。