山坡地形下倾斜矿体开采参数研究.pdf

第 51 卷 第 1 期有色金属设计Vol.51 No.12024 年 3 月Nonferrous Metals DesignMar.2024收稿日期:2023-06-12作者简介:罗春生(1991),男,重庆万州人,工程师。主要研究方向:金属非金属矿山开采方法与岩石力学。山坡地形下倾斜矿体开采参数研究罗春生(紫金工程设计有限公司,福建 厦门 410006)摘要:分析西南地区某铜矿地下开采过程中采场的稳定性以及对上部覆岩深度的影响,对上向水平进路式充填采矿法分段分层依次开挖进行了稳定性的模拟分析,分析论证矿柱参数、覆岩深度、开采方案对其影响。针对山坡地形下倾斜矿体,建立山坡矿体相交和平行的模型,通过数值模型研究不同开采方法、矿柱参数下的围岩状态。研究结论表明矿山压力随着开采上覆围岩厚度、矿体厚度的增加而显现。矿区东部厚、中厚矿体回采宜在中深部矿体采用 8 m 矿柱、浅部矿体采用 6 m 矿柱;矿区中部薄矿体和矿区西部薄矿体回采合理矿柱尺寸为 4 m。通过采矿方法对比分析,空场法存在较大安全隐患;厚矿体采用上向水平充填法相对于宽进路上向水平充填法安全稳定性大幅降低。关键词:矿柱尺寸;倾斜矿体;上向进路充填采矿法中图分类号:TD853.362文献标识码:A文章编号:1004-2660(2024)01-0021-05A Study on Mining Parameters of Inclined Orebody Under Hillside TerrainLUO Chunsheng(Zijin Engineering Design Co.,Ltd.,Xiamen Fujian 410006,China)Abstract:The stability of the stope during underground mining of a copper mine in the southwestern region and the impact on the depth of the overlying rocks were analyzed.A simulation analysis of the stability was conducted for the stage-wise and layer-wise excavation in the upward horizontal access filling mining method.The analysis demonstrated the influence of mining pillar parameters,overburden depth,and mining scheme.To enhance the understanding of inclined ore bodies situated in mountain slope terrains,models that intersect and run parallel to the slopes ore body configuration were developed.By employing these numerical models,an in-depth analysis was conducted of the rock mass conditions associated with various mining techniques and pillar designs.The con-clusions indicate that mining pressure becomes apparent with the increase in mining thickness of the overlying rock and ore body.In the eastern part of the mine,where the ore bodies are thick to moderately thick,an 8 m mining pillar is suitable for medium-deep ore bodies,and a 6 m pillar for shallow ore bodies.For the thin ore bodies in the central and western parts of the mine area,a reasonable mining pillar size is 4 m.A comparative analysis of mining methods has shown that the open stope method poses substantial safety hazards.When mining a thick ore body,the upward horizontal fill method yields safety and stability that are appreciably less than those achieved by the wide access upward horizontal fill method.Keywords:Pillar size;Inclined ore body;Upward drift and fill mining method0 引 言随着采矿行业的发展、浅部资源的减少,矿山开采深度逐渐增加1,开始步入深部开采的阶段。矿体上覆岩层垂直厚度越大,原岩应力越复杂2,数量级也越大,矿山稳定性及安全性受到严重考验3。深部巷道和矿块处于高应力区,巷道及采场顶板围岩发生变形、岩爆、破碎的几率有色金属设计第 51 卷大幅上涨4。上向进路充填采矿法为在采场中自下而上回采各个分层,分层中用进路回采矿石的充填采矿法5,具有效率高、损失小、安全、工艺操作难度低等特点。胡建华等6提出并以拉应力损伤区域和顶板的沉降位移为评价指标验证了最优开采顺序。杨海彬等7对比分析矿房跨度、矿柱跨度、分层采高参数得出最优的开采参数。陈明奎等8对发现斜坡的存在使结构处于明显的偏压状态,其变形及受力更为复杂。戚幸鑫9发现于斜坡地形顺坡岩层隧道安全系数的影响大小:饱和度系数埋深斜坡岩层倾角互层围岩厚度。1 矿山工程地质背景1.1 地层特性矿层及其顶底板均位处原生岩段(露头部位除外),岩体完整性较好,岩块岩石强度高,抗风化能力强。除近露头带、岩体破碎带处有少量坑木支护外,其余大部坑道均未支护,原生岩段坑道岩体稳定性好,属于工程地质条件良好区,物理力学参数见表 1。表 1 岩石物理力学性质表Tab.1 Physical and mechanical properties of rock岩性密度/(g/cm3)干燥单轴抗压强度/MPa饱和单轴抗压强度/MPa抗剪试验结果凝聚力 c/MPa内摩擦角/坚硬程度二云石英片岩(顶板)2.7180.251.578.240.97坚硬铜矿体2.6355.9740.03.5239.37较坚硬二云石英片岩(底板)2.736849.210.2140.37较坚硬1.2 赋存特征赋存于北侧山体下部矿体,倾角与山体坡面倾角近乎垂直,随着矿体埋深增加,矿体上覆岩层垂直厚度越大;南侧山体下部的矿体倾角与山体坡面近乎平行,上覆岩层垂直厚度基本不随矿体埋深变化。矿体上覆岩层垂直厚度越大,原岩应力越复杂,数量级也越大。2 理论模型2.1 方法及原理目前对采空区矿柱及其应力研究大多假设地表水平、矿体近水平,当矿山处于山坡地形或者倾斜矿床时不适用。为了研究地形对上向进路充填采矿法采空区应力分布规律的影响,基于FLAC 3D 软件构建山坡地形倾斜急倾斜矿体数值模拟模型,如图 1 所示为山坡与矿体大致相交,如图 2 为山坡与矿体大致平行。2.2 矿区东部厚、中厚矿体矿柱模型东部厚矿体埋深范围较大,初始应力范围较大,同时浅部矿体与中深部矿体回采方式不同,根据以上情况对 2 组矿柱宽度方案进行模拟。图 1 山坡矿体相交图Fig.1 Intersection of hillside ore body图 2 山坡矿体平行图Fig.2 Parallel view of hillside ore body22罗春生:山坡地形下倾斜矿体开采参数研究(1)浅部矿柱 6 m、中深部矿柱 8 m浅部采场顶底板、围岩均出现小范围局部剪切塑性区,未持续发展,采场与矿柱基本稳定。中、深矿柱塑性变形区较少,回采分层顶底板及围岩均未发生塑性变形,整体较为稳定。(2)浅部矿柱 4 m、中深部矿柱 6 m浅部采场顶底板、围岩均出现局部剪切塑性区,矿柱出现大面积塑性区且持续发育。中、深部采场顶底板、围岩及矿柱出现小范围局部剪切塑性区,未出现持续发展。矿柱大面积出现塑性变形,局部区域出现持续变形,范围随开采过程增加,中部矿柱在生产初期持续塑性变形范围较大。2.3 矿区中、西部薄矿体矿柱模型矿区中部薄矿体(矿体厚度2 m)和西部薄矿体(矿体厚度6宽进路上向水平充填法826上向水平充填法466 m)采用上向水平充填法相对于宽进路上向水平充填法(两步骤回采充填)安全稳定性大幅降低,不推荐使用。参考文献:1窦林名.深部开采冲击矿压防治研究J.矿山压力与顶板管理,2003(S1):58-60.2郭惟嘉.深部开采覆岩体形变演化规律研究M.深部开采覆岩体形变演化规律研究,2012.3张俊杰.深部开采优化开采技术的探讨J.矿山压力与顶板管理,2005(03):74-75.4谢和平,周宏伟,薛东杰,等.煤炭深部开采与极限开采深度的研究与思考J.煤炭学报,2012,37(4):535-542.5马得钰.上向进路充填采矿法在长田金矿的应用J.世界有色金属,2018(9):62-63.6胡建华,雷涛,周科平,等.基于采矿环境再造的开采顺序时变优化研究J.岩土力学,2011,32(8):2517-2522.7杨海彬,李文超,秦秀合,等.某金矿深部采场结构参数与回采顺序优化研究J.矿业研究与开发,2020,40(12):18-22.8陈明奎,张钰,姚晓励,等.高山地区斜坡地形下波纹钢管明挖隧道力学特性研究J.隧道建设(中英文),2021,41(z2):290-298.9戚幸鑫.斜坡地形顺坡岩层隧道受力特征研究D.西南交通大学建筑与土木工程,2021.53