阿舍勒铜矿开采地压风险控制与综合防治研究_龙翼.pdf

第 51 卷 第 1 期2023 年 2 月福州大学学报(自然科学版)Journal of Fuzhou University(Natural Science Edition)Vol 51 No 1Feb 2023DOI:107631/issn1000224322094文章编号:10002243(2023)01012508阿舍勒铜矿开采地压风险控制与综合防治研究龙翼1，李兵磊2，赵宇松2(1 紫金矿业集团股份有限公司，福建 龙岩364200;2 福州大学紫金地质与矿业学院，福建 福州350108)摘要:针对金属矿山深度增加使得深部开采所面临的力学环境日益复杂的问题，以阿舍勒铜矿为背景开展深部开采地压灾害风险评估研究，揭示巷道围岩破坏风险分布与深部地压演化规律之间的内在联系 基于综合评估结果提出适用于阿舍勒铜矿深部地压演化规律的新型支护方案，确定适用于阿舍勒铜矿深部中段采场的最优回采顺序 综合上述 3 阶段研究成果，最终形成阿舍勒铜矿深部开采地压灾害防控技术关键词:阿舍勒铜矿;开采地压;采场优化;风险评估;地压灾害防控中图分类号:TD325文献标识码:AStudy on the risk control and comprehensive control of the ground pressureof the Asher copper miningLONG Yi1，LI Binglei2，ZHAO Yusong2(1 Zijin Mining Group Co，Ltd，Longyan，Fujian 364200，China;2 Zijing School of Geology and Mining，Fuzhou University，Fuzhou，Fujian 350108，China)Abstract:The increase of the depth of deep metal mining makes the mechanic environment of miningmore and more complex，and the probability of occurrence increases gradually during the same timeThis study carried out a risk assessment study of deep mining ground pressure disaster in Asher coppermine，revealed the intrinsic relationship between the risk distribution of roadway rock destruction andthe evolution law of deep ground pressure Proposed the new support strategy suitable for the evolutionlaw of deep ground pressure in Asher copper mine，and developed the optimization technology of deepmiddle-stage mining sequential recovery order Finally，the formation of the Asher copper mine deepmining ground pressure disaster prevention and control technologyKeywords:Asher copper mine;mining ground pressure;quarry optimization;risk assessment;ground pressure disaster prevention and control0引言大量研究和工程实践结果表明，地压迅速变化的主要原因是回采顺序选择不当 调整回采顺序和控制爆破震动是在多年的生产实践中摸索出的抑制地压显现、降低围岩破坏的较优方法 钻爆法是矿山常用的破岩手段，爆破振动是影响采动地压的主要因素之一 爆破震动峰值强度主要与炸药量、爆心距及介质条件有关，而在这些条件中，人为控制最有效的因素是炸药量 大量实践证明，爆破(特别是分段微差爆破)震动峰值强度的大小，主要取决于最大分段药量13 装药量越大爆破振动质点振动速度峰值越大，大小药量的幅值之间符合相似定律4 因此通过控制爆破规模，可以达到控制爆破振动的目的合理的矿体回采顺序不仅可以改善岩体的应力分布状态，还能控制由于多次采动影响造成的应力增高带相互重叠的程度 马生徽等5 对高峰矿不同回采中段进行数值模拟计算，提出应加强承压带上的采场、巷道的监测，同时先回采承压区内的矿体，后回采卸压区内的矿体，采用前进式回采顺序，以控制地压有序地释放 李元辉等6 研究在上行式和下行式开采顺序下，采场围岩应力场和位移场的分布状况及动收稿日期:20220307通信作者:李兵磊(1982)，博士，副教授，主要从事采矿工程方面的研究，libinglei fzueducn基金项目:福建省自然科学基金面上项目(2022J01567)福州大学学报(自然科学版)第 51 卷http:/xbzrbfzueducn态变化过程 吉学文等7 运用三维有限元模拟计算方法对某地下矿山 6 号矿体上向进路分层开采的采场和围岩稳定性进行了详细的计算分析，为该矿体选择合理的开采顺序和采场结构参数、有效控制采场地压、保证安全回采提供了依据 宋世生等8 通过对金凤公司 1 号矿体地质调查和岩体稳定性综合评价，探讨“V”形推进与侧翼推进两种回采方式的优劣性，提出可以利用调整矿块回采顺序和优化采场结构参数来确保采场安全 此外，国内外学者针对开采顺序优化方面取得诸多研究成果915，为矿山安全生产和运营管理提供了重要的参考然而，现阶段阿舍勒铜矿矿体赋存环境复杂，受到区域性构造和断裂构造等综合作用，在多中段采场同步开采条件下地压演化规律与开采活动关系不明确，不合理的开采活动引起局部地压高度集中，采场局部区域地压灾害显著 因此本研究通过阿舍勒铜矿深部开采地压灾害风险评估，揭示巷道围岩破坏风险分布与深部地压演化规律之间的内在联系，提出与阿舍勒铜矿深部地压演化规律相适应的支护技术，研发深部中段采场回采顺序优化技术，形成阿舍勒铜矿深部开采地压灾害防控技术1工程背景阿舍勒铜矿是我国现阶段第二大铜矿，具体覆存状态如图 1 所示 其中 I 号矿体为主要工业产品的开采场所(铜金属储量占比约为 9743%)，对应长度(沿走向)为 853 m，最大埋深超过 900 m，平均厚度大于30 m，整体倾角约为 5585;故矿体形态整体表现为深埋、大量、特厚且走向长度短等特点 阿舍勒地应力测试分别在 450 m 中段、350 m 中段、300 m 中段、200 m 中段和 100 m 中段各布置 1 个测点 使用各个测点所得 3 向应力数据计算对应位置的地应力(主应力)，计算结果如图 2 所示 结合详细计算结果可知:1)各个测点的最大主应力倾角极小，几乎呈现水平方向，即表明该区域内最大主应力受构造作用影响，呈现明显的水平主导性;2)最大主应力方向呈现近似东西向和北西向，且均为压应力 上述测量结果与区域地质调查报告及与新疆阿勒泰地区构造应力场的分布规律吻合图 1阿舍勒矿体赋存形态Fig1Occurrence form of Ashele ore body图 2阿舍勒铜矿地应力随深度变化规律Fig2Variation of ground stress with depth in Ashele copper mine图 3大直径深孔空场嗣后充填法采场结构Fig3Stope structure using the large diameter deephole backfill method阿舍勒铜矿采用大直径深孔空场嗣后充填法，对应主要结构如图 3 所示 由于矿床整体倾角较大且走向长度较小，故采场沿矿体走向布置，对应高度和宽度分别为 50 和 12 m 现阶段阿舍勒铜矿深部矿床选取“隔三采一”策略进行一步骤回采，且采场中间不预留安全间柱;一步骤回采结束后即对空区进行胶结充填作业，后进行二步骤回采 值得注意的是，二步骤回采巷道需对一步骤胶结充填体进行开挖支护，危险系数较高(充填体强度相对较低)621第 1 期龙翼，等:阿舍勒铜矿开采地压风险控制与综合防治研究http:/xbzrbfzueducn2深部开采区域地压灾害风险评估21巷道围岩破坏风险评价指标及权重分析利用正态云模型对巷道围岩破坏风险进行综合评估，并利用熵权法根据各个评价指标差异性程度进行赋权 熵权法作为一种可用于多评价指标的赋权方法，根据原始指标样本数据进行计算赋权，避免受决策人主观随意性的影响，计算结果更具客观性，且易于解决多指标目标评估中的赋权问题 阿舍勒铜矿的安全状态评估指标详见表 1，其中期望用 Ex表示、熵用 En表示、超熵用 He表示 所选指标涵盖了矿区地质条件、工程设计、监测信息类别及完整性、巷道位移变形和破坏特征等关键因素评价指标云模型数字特征值采用逆向云发生器获得(见表 1)，并采用二维云发生器获得各评价指标与不同破坏等级隶属度关系的二维云聚类图(见图 4)，图中每个云朵(10 000 个云滴)代表一个破坏等级可知 3 种破坏等级在各指标下没有明显的界限，特别是埋深和夹角两个指标不同破坏等级的云滴相互交错明显，累积能量、累积事件数、位移和事件密度等指标不同破坏等级的云滴的交错区域较小，这与表 1中各指标权重值分配所反映的规律相一致表 1不同破坏等级的评价指标特征值Tab1Characteristic values of evaluation indicators for different damage levels指标(符号)无破坏ExEnHe轻微破坏ExEnHe中等破坏ExEnHe权重累积事件数 AN15815806610182401422750205700211累积能量 AE/J51452225826224931568205542800213距采场距离 SPA/m8992528506200326310695637268612190065视应力 ST04805302805203100700360150123位移 DIS/mm1316049250947135160132事件密度 DENS11017509190531115512887163680162埋深 DEP/m659271039907309610585079364752400004最大主应力与巷道夹角 ANG/()712537213107977227217857772265717130069岩性 PO145062015206301406100021图 4各评价指标与不同破坏等级隶属度关系的二维云聚类图Fig42D cloud clustering of the relationship between each evaluation index and the membership degree of different damage levels721福州大学学报(自然科学版)第 51 卷http:/xbzrbfzueducn22巷道破坏风险评估图 5不同破坏等级隶属度分布图Fig5Distribution of membership degrees of differentdamage levels在加权平均法的使用中，需要确定破坏等级的特征值，不同破坏等级隶属度分布见图 5，不同破坏等级评语云模型数字特征值见表 2 鉴于期望 Ex是量化不同破坏等级的最佳参数，故将破坏等级期望Ex值应用到加权平均法，可以更加真实体现破坏等级间的差异性，避免常规加权平均法在破坏等级量化赋值时的主观性所导致的结果不准确性 本研究采用归一化的方式对破坏等级进行客观赋值，即以无破坏等