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大红山铁矿井下工程围岩地质稳定性因素分析及管控措施探讨
2019-02-18
根据大红山铁矿井下工程围岩工程地质条件,结合以往岩矿性能试验、原岩地应力测 定等成果资料,对影响矿床开采井下工程围岩稳定性的各种因素进行了综合分析,并对矿床开采技 术管理及相关措施进行了探讨。在此基础上,提出了加强生产建设中安全管理的相关建议,为采掘 工程顶板分级管理提供了地质依据。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 大红山铁矿井下工程围岩地质稳定性因素 分析及管控措施探讨 蔺朝晖 玉溪大红山矿业有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 根据大红山铁矿井下工程围岩工程地质条件,结合以往岩矿性能试验、原岩地应力测 定等成果资料,对影响矿床开采井下工程围岩稳定性的各种因素进行了综合分析,并对矿床开采技 术管理及相关措施进行了探讨。 在此基础上,提出了加强生产建设中安全管理的相关建议,为采掘 工程顶板分级管理提供了地质依据。 关键词ꢀ 井下工程围岩ꢀ 稳定性影响因素ꢀ 管控措施 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 006 ꢀ ꢀ 大红山矿区位于云南省新平县境内,区内赋存 曼岗河组 (Ptdm) 火山—沉积变质岩、红山组(Pt- dh)火山岩、肥味河组(Ptdf)大理岩及次火山侵入岩 辉长辉绿(λω)内,约占总工程量的 95% ,其他地层 中约占 5% 。 有规模各异的铜、铁矿床。 是当前云南最大铁、铜矿 原料基地,区内以曼岗河为界,分为东西 2 个矿区, 东矿区以铁为主,铜矿次之,为昆钢建设生产,简称 大红山铁矿;西部矿区以铜矿为主,铁矿次之,为云 铜建设生产,简称大红山铜矿。 大红山铁矿主要开 采赋存于区内中深部的Ⅰ铁铜矿带东段及Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 铁矿带,开采方式为井下开采。 1 . 1ꢀ 矿岩产出赋存地质特征 大红山铜铁矿床为受变质古海底相火山喷发沉 积矿床,矿体产于多旋回火山喷发沉积变质的大红 山群曼岗河组(Ptdm)、红山组(Ptdh) 地层中,矿体 呈层状、似层状产出。 Ⅰ矿带为铁、铜共生矿体。 其 余Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ矿带为单一铁矿体。 垂向上,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 铁矿带位于Ⅰ铁铜矿带之上,两者相距十多米至百 自 2006 年大红山铁矿建成投产以来,虽矿山生 产条件不断完善,安全管理不断加强,但在矿山井下 采掘生产过程中,还是偶有不同程度的片帮冒顶安 全事故发生,这严重制约着矿山安全发展,影响着矿 山生产效益、社会效益。 随着现代矿业发展,国家对 矿山安全生产提出了更高要求,大红山铁矿必须向 更高层次转型升级发展,实施“ 两化融合” 矿山建 设,全面推进矿山各项安全管理工作。 全面把握矿 床开采工程地质条件,充分认识工程围岩稳定性影 响因素,并采取科学合理的管控措施,是矿山提升本 质安全管理水平,实现安全高效、可持续发展的根本 条件和管理基础。 [ 1-2] 余米。 平面上,铁矿体和铁铜矿体互有重叠 (图 1 )。 Ⅰ 铁铜矿带产于大红山群曼岗河组第三岩性段 3 Ptdm )中上部,为一套中—薄层状交替迭置的火 ( 山喷发—沉积变质岩,即变钠质凝灰岩、石榴黑云片 岩、石榴黑云白云石大理岩,火山物质(中基性凝灰 质)与陆源沉积物质(硅铝质、白云质)特征明显,呈 缓倾斜产出,倾角 20° ~ 45°。 垂向上含铜铁( Ⅰ0 、 Ⅰa 、Ⅰb 、Ⅰc )、含铁铜矿(Ⅰ1 、Ⅰ2 、Ⅰ3 )、及夹石交替 产出于火山喷发—沉积旋回中,每一旋回下部为变 钠质凝灰岩,产含铜铁矿体;中部为变钠质凝灰岩及 向沉枳过渡的石榴黑云片岩,产含铁铜矿体;顶部为 1 ꢀ 矿区井下工程围岩稳定性地质条件 大红山铁矿开采工程由浅入深布置于第四系残 坡积层(Q)、三叠系干海子组砂泥岩层(T3 g)、大红 山群(Ptd)火山喷发—沉积变质岩层及火山侵入岩 等地层中。 井下生产采掘工程主要分布于大红山群 [ 2] 沉积的黑云白云石大理岩 。 平面上呈条带状平 行共生。 矿带底板为中薄层状石榴黑云角闪片岩, 顶板围岩为中—薄层状黑云白云石大理岩。 ꢀ ꢀ 蔺朝晖(1969—),男,高级工程师,653405 云南省玉溪市。 2 5 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 图 1ꢀ A36 线地质剖面 1 ꢀ Ⅱ铁矿带产于红山组一段(Ptdh )为斑块状、块 ꢀ 1. 2ꢀ 矿区水文地质条件 状、巨厚层状、厚层状火山岩,即火山角砾岩、火山集 块岩、闪变钠质熔岩、凝灰角砾岩及层纹状凝灰岩。 呈缓倾斜产出,倾角 10° ~ 40°,与侵入岩接触边部 为陡倾斜。 垂向上各矿体及夹石依次迭置,平面上 呈厚层状平行共生。 矿带底板为斑块状火山角砾 岩、火山集块岩及辉长辉绿岩(λω),顶板为中—厚 层变钠质凝灰岩,外围四周围岩主要为侵入块状、不 规则脉状辉长辉绿岩(λω),局部为中—薄层白云石 大理岩(Ptdm、Ptdf) 及块状白云石钠长岩(CN)、石 英钠长斑岩(Qπ)。 据大红山铁矿各类勘查、建设、生产工程揭露控 制,矿区地表为第四系(Q)孔隙含水层,浅部为干海 子组隔水组(T3 g),中深部开采区为大红山群(Ptd) 弱裂隙含水层。 其中干海子组(T3 g)以炭质泥岩为 主,底部赋存有分布稳定、厚 0. 5 ~ 3. 0 m 薄煤层,为 天然隔水层。 自矿山多年建设生产以来,未发现地 表与井下采区有明显水力联系。 经调查,除与浅表 含水层相通的三条开拓竖井稍有一定涌水量及地表 塌陷区有降雨渗水外,开拓、生产的多个分层、中段 及最低标高 5 m 的排水运输平巷均未有明显地下涌 水,仅局部沿断层、裂隙有少量滴渗水现象,最大渗 水点渗水量均小于 1. 0 L/ s,坑内充水多为生产回水 及采空区尾砂充填排水。 即矿区水文地质条件属以 裂隙含水层充水为主的简单类型。 Ⅲ 铁矿带产于大红山群红山组第二岩性段(Pt- 2 dh ),为斑块状、中厚—薄层状火山—沉积变质岩, 即凝灰角砾岩、变钠质凝灰岩、绢云绿泥片岩。 呈缓 倾产出,倾角 10° ~ 60°。 垂向上各矿体与夹石依次 迭置,平面上呈层状、似层状平行共生。 底板围岩为 凝灰角砾岩,顶板为薄层状绢云绿泥片岩。 北侧外 围围岩主要为块状、脉状辉长辉绿岩(λω),局部为 中—薄层白云石大理岩(Ptdm)。 1. 3ꢀ 工程地质岩组及物理力学性质 大红山铁矿井巷工程共揭露四类工程地质岩 组,即第四系(Q) 残坡积碎石土、砂土松散岩组、三 叠系干海子组(T3 g) 砂泥岩半坚硬岩组、大红山群 (Ptd)火山—沉积变质岩坚硬岩组、火山侵入岩坚 硬岩组(CN、Qπ、λω)。 工程主要揭露的大红山群 (Ptd)各类岩矿及火山侵入岩均为新鲜、基本无风 化。 地勘、基建及生产探矿钻探岩(矿)芯大都比较 完整。 经统计,一般呈柱状、短柱状,个别柱状岩 (矿)芯长可达 0. 6 ~ 1. 0 m,岩(矿)芯采取率较高, Ⅳ 铁矿带产于大红山群红山组第三岩性段(Pt- 3 dh ),为厚层状、块状火山熔岩,即变角闪变钠质熔 岩。 呈缓倾产出,倾角 15° ~ 50°。 垂向上各矿体与 夹石依次迭置,平面上呈似层状平行共生。 顶、底板 围岩均为块状角闪变钠质熔岩。 北侧外围围岩主要 为块状辉长辉绿岩(λω)。 2 6 ꢀ ꢀ 蔺朝晖:大红山铁矿井下工程围岩地质稳定性因素分析及管控措施探讨ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 绝大部分岩(矿)芯采取率大于 85% ,总体平均采取 率达 90% 以上,仅结构面多地段,岩矿稍破碎,采取 率也 可 达 80% 以 上。 总 体 矿 芯 采 取 率 平 均 达 整工程地质岩体。 据矿区基建探矿矿岩物理力学性质测定结果 (表 1):单轴抗压强度 19. 91 ~ 119. 54 MPa,单轴抗 拉强度 3. 5 ~ 12. 4 MPa,黏聚力 6. 37 ~ 9. 32 MPa,内 摩擦角(ϕ)39°8′ ~ 58°3′,总体属坚硬、半坚硬工程 9 9 2. 7% , 夹 石 及 顶 底 板 中 的 岩 芯 采 取 率 平 均 达 1. 4% 。 采取率低于 75% 的回次,仅占 1. 74% ;岩 [ 3-5] ( 矿)芯岩石质量指标 RQD 平均值 57. 3% 。 为较完 地质岩组 。 表 1ꢀ 岩石物理力学性质 地层 代号 含水量 容重 极限干抗压 强度/ MPa 极限湿抗压 强度/ MPa 极限抗拉 强度/ MPa 黏聚力 内摩 岩性 比重 坚硬程度 3 / % / (g/ cm ) / MPa 擦角 1 . 2 Ptdf 白云石大理岩 0. 13 0. 55 2. 81 2. 43 2. 88 2. 93 80. 41 77. 18 ~ 78. 06 36. 77 ~ 69. 73 6. 37 ~ 8. 63 8. 14 6. 37 58°3′ 坚硬 4 3 Ptdm Ptdm λω 黑云白云石大理岩 48. 35 ~ 85. 51 14. 02 39°8′ 半坚硬 角闪片岩及绿泥片岩 0. 20 黑云片岩及二云片岩 0. 23 2. 99 2. 84 2. 92 22. 85 ~ 96. 99 19. 91 ~ 69. 14 44. 33 ~ 57. 96 7. 65 ~ 8. 24 5. 59 ~ 9. 32 12. 16 43°2′ 半坚硬为主 2. 94 64. 14 ~ 106. 60 半坚硬 辉长辉绿岩 变钠质熔岩 0. 09 2. 89 2. 96 45. 50 ~ 58. 84 38. 44 ~ 41. 38 11. 87 44°16′ 多为半坚硬 1 Ptdh ꢁ 27. 65 ~ 119. 05 59. 33 ~ 119. 54 9. 50 43°3′ 坚硬为主 1 . 4ꢀ 构造软弱结构面工程地质特征 大红山矿区位于滇中台拗南端,红河深断裂与 要为区内断层派生、次生,以及基性岩体( λω) 沿 F1 、F2 断层侵入充填所形成。 绿汁江断裂夹持的三角地带,由一系列近东西向的 古老基底褶皱与断裂构组成。 Ⅰ铁铜矿带分布于矿 区中北部,产于近东西走向的一级构造底巴都背斜 南冀,F2 断层北侧;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带分布于矿区中 南部,产于东西平行延伸的 F1 、F2 断层夹持的红山 向斜内。 受地质历史演化及区域构造活动影响,区 内存在沉积间断、 火成、 构造及次生等多种结构 (3)劈理。 经多个工程作业面观察、统计,区内 劈理带中等发育,主要为伴随断层、节理而派生的高 角度破劈理、切层劈理及与节理呈入字形斜交的层 间劈理,沿断层、节理密集带两侧发育分布,受断层、 节理活动强度及层理控制。 (4)炭硅质板岩软弱带。 产于Ⅰ铁铜矿带下 部,呈不规则薄层状出,呈自东至西连续分布,产状 稳定,8° ~ 12°∠34 ~ 40°,厚 1. 0 ~ 5. 0 m,具明显的 层间滑移、搓动现象,炭质层面平直光滑,炭质层下 硅质板岩较为破碎,呈碎裂状、网脉角砾状。 (5)岩体侵入接触带。 区内成矿后侵入岩发 育,侵入岩沿 F1 、F2 古断裂带及红山组与曼岗河组 接触面贯入,呈岩墙、岩床、岩舌及不规则岩枝产出。 岩浆侵入变动过程中,一方面,侵入体与围岩岩石物 理机械性质差别较大,受侵入应力作用,围岩岩体受 力挤压压碎搓动,加之后期构造复活,便形成构造搓 碎角砾岩带,主要沿 F1 断层带及其两侧呈东西向分 布。 另一方面,岩体侵入伴随有充填交代、捕虏、冷 凝收缩及围岩蚀变等地质作用,便形成充填交代角 砾岩带,主要沿 F2 断层带及红山组与曼岗河组接触 带分布。 [ 6] 面 ,其中,构造软弱结构面主要有断层带、节理裂 隙、劈理、岩体接触带及Ⅰ铁铜矿带底部炭硅质板岩 带。 ( 1)断层带。 经大红山铁矿井巷工程揭露控 制,矿区断层带中等发育,主要控制有:东西向主干 断层 F1 、F2 、北北东向次级断层 FⅠ-1、FⅠ-2、FⅠ-3 及北 西次级断层 FⅡ-1、FⅡ-2、FⅡ-3、等。 区内断层具多期、 多性质活动特点。 各断层带产出特征见表 2。 ( 2)节理裂隙。 经大红山铁矿井下工程多个生 产中段若干采掘作业面调查、统计,区内Ⅰ铁铜矿带 节理裂隙较为发育,Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带属节理裂隙属 一般 ~ 中等发育。 区内主要发育有 5 组贯穿节理, 即东西向陡倾角节理、南北向陡倾角节理、近东西向 缓倾角层间节理、北东向陡倾角节理、北西陡倾角节 理。 5 组节理独生或交互共生,其中北西、北东向陡 倾角节理较为发育,东西向陡倾角节理及近东西向 缓倾角层间节理次之,南北向陡倾角节理稍少。 各 组节理特征见表 3。 1. 5ꢀ 矿岩工程结构类型 根据区内各类矿岩体产出地质特征及软弱结构 面发育程度,参照相关工程地质岩体结构分类标准, 对区内井下工程围岩进行结构类型划分如下。 Ⅰ铁 铜矿带:变钠质凝灰及凝灰岩向片岩过渡类的岩矿, 总体为块状、层状结构,构造软弱结构面发育区域为 镶嵌、层状碎裂结构,局部为散体结构。 石榴黑云片 区内节理发育程度明显受地层岩性、岩体侵入 及断层构造控制,断层两侧、岩体接触带及岩性过渡 带较为发育,反之相对较少。 可以推断,区内节理主 2 7 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 表 2ꢀ 区内断层带特征统计 断面产状 (倾向∠ 倾角) 断层规模 断层 编号 胶结程度 及胶结物 形成 时期 性质 位置 特征 延长 断距 / m 断层带宽 / m / m 早期为 矿 区 南 部, Ⅱ、 逆断层, Ⅳ、Ⅲ铁矿带南 晚期为 缘边界,即 A25 正断层 ~ A45 线 多期活动,早期为斜冲" 逆断 层,晚期为正断层或正平移断 层,沿断层带具片理化和角砾 岩,有辉长辉绿岩贯入 沿 倾 向 垂 >1 200 直 断 距 > 500 紧密 胶 结。 胶 结 物为绿泥石、白云 石、钠长石等 170°∠65° ~ 80° F1 5 ~ 27 早期 矿 区 中 部, Ⅱ、 早期为 紧密胶结,整个断 多期活动, 早 期 为 斜 冲 逆 断 层带为辉长 辉 绿 层,晚期为正平移断层,斜断 岩及白云石 钠 长 距自西向东减小,沿断层带角 Ⅳ 、 Ⅲ 铁 矿 北 倾 向 垂 直 断距 50 ~ 50 ~ 100 600 逆断层, 晚期为 正断层 F2 界,Ⅰ铁铜带南 180°∠80° 290°∠85° 1 100 早期 后期 界, 即 A25 A45 线 ~ 石岩所充填。 砾岩、基性岩体钠化强烈 采区中东部,切 措 F2 及 Ⅰ、 Ⅱ 倾 向 垂 直 断距 20 ~ 50,水平断 距 20 ~ 30 张扭性 FⅠ-1 平移 正断层 为白云石脉及碎裂状、碎屑状 构造角砾、铁泥质充填, 1 050 800 3. 0 ~ 5. 0 胶结松散, 2. 0 ~ 3. 0 胶结松散 1. 0 ~ 2. 0 胶结松散 矿带,即 A37 ~ A42 线 倾 向 垂 直 断距 10 ~ 20,水平断 距<10 张扭性 采区中东部,切 FⅠ-2 平移 措 Ⅱ 矿 带, 即 正断层 A32 ~ A39 线 为碎裂状、碎屑状构造角砾及 铁泥质充填,为 FⅠ -1 分枝断 后期 290° ~ 330° ∠70° ~ 80° 层 平 移 断 距 约 30,倾向 垂 直 断 距 约 10 压扭性 采区北西部,切 FⅠ 正平移 Ⅰ矿带,即 A32 ~ A40 线 为碎裂状、碎屑状、糜棱状构 后期 -3 320°∠75° 500 造角砾及碳酸盐脉充填 断层 矿区中部,切措 Ⅱ矿带,即 A32 倾 向 垂 直 断距<101. 胶结松散 构造角砾及 碳 酸 后期 0 ~ 2. 0 为碎屑状、糜棱状 张扭性 正断层 205° FⅡ-1 250 420 950 ∠75° ~ 80° ~ A37 线 盐脉充填 矿区中部,切措 Ⅱ矿带,即 A34 张扭性 正断层 210° ~ 215° ∠85° 倾 向 垂 直 断距约<20 胶结 松散 为碎裂状、碎屑状、糜棱状构 造角砾充填 FⅡ-2 0. 5 ~ 1. 0 后期 后期 ~ A37 线 矿区中部,切措 平移断距> 30 倾 向 垂 直 断 距 约 10 张扭性 FⅡ 正平移 断层 Ⅱ 、Ⅲ、Ⅳ矿带, 185° ~ 210° 为碎屑状、糜棱状构造角砾充 填 -3 1. 0 ~ 1. 5 胶结松散 即 A25 ~ A36 线 ∠60° ~ 70° 表 3ꢀ 区内节理特征统计 节理组编号 产出特征 发育程度 走向 90° ~ 115°,倾向北东或南东,倾角 70° ~ 85°与地层走向近于平行,走向延伸 长,倾向上延伸短,一般大于 5 m,大多呈闭合状,大多节理面平直光滑,局部呈波 浪、台阶形状,张开度一般为 1 ~ 3 mm,个别达 5 mm 以上,局部有碳酸盐脉充填。 东 西 向 陡 倾 角节理 Ⅰ铁铜矿带开采区平均 0. 2 条/ m, Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带开采区<0. 1 条/ m。 南 北 向 陡 倾 走向45° ~ 75°,倾向北东或南东,倾角60° ~ 80°,与地层走向斜交,走向及倾向上延 Ⅰ铁铜矿带开采区平均 0. 15 条/ m, 角节理 伸大于 4 m,呈微张开闭合状,节理面光滑平直,张开度一般为 1 ~ 3 mm。 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带开采区<0. 1 条/ m。 近 东 西 向 缓 倾 角 层 间 节 理 沿层分界面产出分布,产状与岩矿层产状一致,倾角 10° ~ 60°,延伸长,呈闭合状, Ⅰ铁铜矿带开采区平均 0. 2 条/ m, 张开度较小,一般为 0. 5 m,发育密度受岩矿层厚薄及断层带控制。 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带开采区 0. 15 条/ m。 北 东 向 陡 倾 走向45° ~ 75°,倾向北东或南东,倾角60° ~ 85°,与地层走向斜交,走向及倾向上延 Ⅰ铁铜矿带开采区平均 0. 3 条/ m, 角节理 伸大于 4 m,呈微张开闭合状,节理面光滑平直,张开度一般为 1 ~ 3 mm。 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带开采区 0. 2 条 / m。 走向 130° ~ 145°,倾向北东或南东,倾角 45° ~ 80°,与地层走向斜交,走向及倾向上 延伸长,一般大于 5 m,呈微张开闭合状,节理面光滑平直,张开度一般为 1 ~ 5 mm, 个别达 10 mm 以上,局部为碳酸盐脉充填。 北 西 陡 倾 角 节理 Ⅰ铁铜矿带开采区平均 0. 3 条/ m, Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带开采区 0. 3 条 / m。 岩、黑云白云石大理岩及碳质板岩类,整体为层状、 薄层(板)状结构,构造软弱结构面发育区域为层状 碎裂结构,局部为散体结构。 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ铁矿带:火山角砾岩、火山集块岩、角 闪变钠质熔岩、凝灰角砾岩、变钠质凝灰岩、层纹状 凝灰岩等岩类,总体为整体、块状结构,构造软弱结 2 8 ꢀ ꢀ 蔺朝晖:大红山铁矿井下工程围岩地质稳定性因素分析及管控措施探讨ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 构面发育区域为镶嵌、碎裂结构,局部为散体结构; 绢云绿泥片岩、白云石大理岩类总体为层状、薄层 切滑移、破裂和错动变形等而造成围岩失稳现象。 大红山铁矿井下矿床开区总体属软弱结构面中等发 育,局部属较发育。 其中,断层带本身多为围岩角砾 充填,呈碎块状、碎裂状,糜棱状,结构疏松,稳定性 极差,而断层带产生及其活动的同时,断层两测岩体 沿应力方向派生大量节理、裂隙及劈理,较大范围破 坏围岩完整性,形成镶嵌、碎裂不稳定结构体,工程 开挖后易失稳垮塌。 节理裂隙及劈理发育区域,特 别是多组节理裂隙发育交汇处,节理裂隙呈网脉状 切错岩体,围岩为镶嵌、松散结构体,岩体黏聚力较 低,工程开挖后受外力作用或其他诱因影响,沿临空 面易产生掉块,以至垮塌。 ( 板)状结构,构造软弱结构面发育区域为层状碎裂 结构,局部为散体结构。 侵入岩体:辉长辉绿岩 ( λω)、石英钠长斑岩 ( Qπ)、石英钠长石白云石岩(CN)总体为块状、镶嵌 结构,构造软弱结构面发育区域为碎裂结构,局部为 散体结构。 总而言之,区内矿岩体总体为块状、层状结构, 软弱结构带发育区域为碎裂结构,局部为散体结构。 1 . 6ꢀ 地应力特点 据昆明有色冶金设计研究院在大红山铁矿采矿 方法试验研究过程中用声发射 Kaiser 法对矿床进行 了原岩地应力测定,作了地应力与围岩稳定性的分 析,测 得 地 应 力 结 果 为: 最 大 主 应 力 σ1 = 20. 3 (3)地下水活动。 地下水活动对工程围岩稳定 性的影响是很不利的,其影响主要表现在使岩石软 化、泥化、溶解、膨胀等,使其完整性和强度降低。 地 下水如沿断层带、节理面、层面渗透,将降低岩体构 造面间的黏聚力,岩体开挖后,易产生掉块或垮塌。 虽区内水文地质条件简单,未有较大地下水活动,也 应予以重视。 ~ 21. 3 MPa,中等应力 σ2 = 15. 1 ~ 17. 8 MPa,最小 应力 σ3 =12. 7 ~ 15. 2 MPa。 最大主应力方向 105. ° ~ 117. 0°,应力方向与构造方向基本吻合,属中等 水平应力活动区及中等构造活动区。 岩石抗压强度 σc ) / 最大水平应力(σHmax ) <4. 0 ~ 6. 0 时发生岩 7 ( (4)工程结构。 工程结构与围岩产状、节理裂 隙结构、最大主应力组合存在必然联系。 当工程夸 度与围岩倾向近一致时,工程顶板围岩与节理、裂隙 组合成不稳定的结构体,当围岩直径小于坑道或采 区暴露跨度时、易发生顶板掉块、脱落;当工程长轴 与最大主应力垂直时,易产生边帮变形或顶板破坏。 在工程交叉部位易引起地应力集中与重新分布,影 响顶板、边帮围岩的稳定性。 爆,而大红山铁矿岩体该值为 2. 76 ~ 5. 61,岩体相 对稳定性稍差。 在深部构造应力(高应力)集中区, 特别是局部构造复杂、岩体破碎、岩体抗压强度低区 域有发生岩爆的可能。 2 ꢀ 工程围稳定性影响因素 根据大红山铁矿矿区岩体工程地质条件,结合 多年井下开采生产实际,大红山铁矿井下工程围岩 稳定性影响因素主要有以下几方面。 (5)工程活动。 矿床开采过程中,施工顺序、施 工周期、凿岩爆破等工程活动对采区岩体稳定性均 会影响。 大量工程实践表明,地下良好的施工技术 和科学的施工方法将有效地保护围岩稳定,不良的 施工技术和不合理的施工方法将严重破坏岩体的稳 定性。 在矿床开采过程中,先开挖巷道及先采空区 为应力集中、释放区,随暴露面积增大及时间延长, 稳定性会随之降低,同时,多次爆破振动会降低围岩 ( 1)矿岩工程地质特性。 工程岩组、岩体结构 及岩体物理力学性质,是确定井巷工程掘进凿岩方 式、支护类型的工程地质条件。 区内各类岩体中,火 山角砾岩、火山集块岩、角闪变钠质熔岩、凝灰角砾 岩、变钠 质 凝 灰 岩、 层 纹 状 凝 灰 岩、 辉 长 辉 绿 岩 ( ( λω)、石英钠长斑岩( Qπ)、石英钠长石白云石岩 CN)等火山、次火岩类,总体为块状、厚层状结构, [ 7] 属坚硬岩类,抗压、抗拉强度大,黏聚力较高,相对较 稳定;石榴黑云片岩、绢云绿泥片岩、黑云白云石大 理岩等沉积岩类,总体为中—薄层层状结构,属坚 硬—半坚硬岩类,虽抗压、抗拉强度中等,黏聚力相 对较低,稳定性相对稍差。 在不同岩层分界带,由于 层理发育,黏聚力骤降,岩体稳定性也会较差。 黏聚力,加速围岩解体分离 。 另外,不合理的施 工顺序、凿岩爆破会加急围岩变形破坏程度,降低岩 体稳定性。 因此,矿床开采过程中,应根据实际地质 条件,合理确定工程施工方案,尽量保护工程围岩不 被扰动。 3ꢀ 管控措施探讨 ( 2)构造软弱结构面发育程度. 构造软弱构面 据前述岩体稳定性因素分析,结合采区现有生 产工艺特点、生产组织条件,大红山铁矿生产过程中 要预防井下工程围岩失稳,杜绝冒顶片帮事故,促进 的存在,降低了围岩的整体强度、力学特性,增大了 围岩的变形性能,往往沿着软弱结构面边界产生剪 2 9 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 矿山安全管理,需在以下几方面加强工作。 采顺序,并根据不同的地质条件和采矿方法,严格控 制采场暴露面积和采空区高度等技术指标,使采场在 地压稳定期间采完。 在技术、经济允许的条件下,应 尽量采用科学方法观测、摸索不同围岩移动变化规 律,科学地掌握围岩变化情况,有效控制围岩稳定。 ( 1)加强矿山水文、工程工程地质技术管理,持 续开展矿床水文、工程工程地质综合研究。 在日常 矿山地质工作中,应及时收集岩矿水文、工程地质信 息,所有工程必须及时进行地质编录,并开展矿床水 文、工程地质综合分析、研究,不断总结矿床水文、工 程地质条件及其变化规律,为矿山开采工艺调整、工 程设计、工程施工、现场生产安全管理等工作及时提 供相关地质依据。 特别是采埸断层、节理裂隙、劈 理、侵入岩接触带等软弱结构面(体) 发育、延伸情 况,必须及时跟踪,超前预测。 ( 5)加强日常工程顶板稳定性控制管理,提高 管理技术水平。 加强安全教育和安全技术知识的培 训工作,提高各级安全管理人员的技术水平,建立群 查、群防、群治的工程顶板安全管理制度。 并结合矿 山实际,总结顶板管理的经验教训,从地质资料的提 供、井巷设计、工程维护技术、施工管理,制订一套完 整的工程施工顶板管理标准,为科学有效地实施顶 板管理提供技术支持。 ( 2)加强开采设计技术管理,科学选择工程规 格、形状和结构,合理布置工程位置。 开采工程设计 时,应根据设计范围内岩矿工程地质特性、构造软弱 结构面(体)发育程度等围岩工程地质条件,结合采 矿方法、经济技术指标,精心计算、科学设计。 巷道、 采场的形状和结构要尽量符合围岩应力分布要求。 尽可能避免在断层、节理裂隙、劈理、岩体接触带、炭 硅质板岩等地质构造软弱结构面发育地带及其附近 布置井巷工程,如井巷工程必须通过这些地带,也应 编制切实可行的支护措施或特殊的施工方案。 严格 设计汇审制度,并组织设计交底及现场施工交底,确 保设计质量,及施工方案得以贯彻落实。 4 ꢀ 结ꢀ 论 综合前述,影响大红山铁矿井下工程围岩稳定 性具有多方面因素,其中,工程地质特性、岩体结构 是井巷工程围岩稳定性的介质条件、内在因素;软弱 结构面发育程度及地下水活动是井下工程围岩稳定 性的环境条件、控制因素;工程结构及工程活动井下 工程围岩稳定性是主观工程因素。 为此,在具体生 产管理过程中,要预防工程围岩失稳,杜绝片帮冒顶 事故,实现本质安全,充分认识围岩介质条件是基 础,有效把握围岩环境条件是关健,科学合理完善工 程因素是手段。 即将影响工程围岩稳定性的内在客 观因素与人为工程因素有机结合,应用科学的技术 手段和合理的管理方法进行管控,对大红山铁矿井 下安全生产长治久安具有重要的促进作用。 ( 3)加强现场工程施工管理,严格按设计施工 方案、施工要求、施工顺序及安全注意事项进行组织 施工。 工程施工管理中,应根据本矿山特有的现场 矿岩特性、工程结构、构造发育程度等矿山生实际情 况,制定科学合理、切实可行的工程顶板分级管理安 全施工制度,并付诸常态化管理。 对已发现的围岩 失稳工程,必须及时处理,及时支护,并尽可能采用 科学有效的措施预防事故发生。 在工程支护中,无 论是临时支护,还是永久性支护,必须选取科学合理 的支护类型。 对支护难度较大的工程问题,应及时 组织相关专业人员进行会诊,制定切实可行安防措 施。 矿体回采过程中,必须严格执行回采顺序,即先 采上层矿体,后采下层矿体;先小断面掘进,后扩刷 回采,扩刷顺序先里后外。 对于需预留保安矿柱的 采场,应结合施工现场矿岩分布情况、构造软弱结构 面发育程度科学合理预留矿柱。 参ꢀ 考ꢀ 文ꢀ 献 [ [ [ 1]ꢀ 云南第九地质队. 云南省新平县大红山矿区东段铁矿详勘铜 矿初勘地质报告[R]. 昆明:云南第九地质队,1979. 2]ꢀ 钱锦和,沈运仁. 云南大红山古火山岩铁铜矿[M]. 北京:地质 出版社,1990. 3]ꢀ 昆明有色冶金设计研究院. 昆钢集团玉溪大红山矿业有限公 司 400 万 t/ a 基建地质报告[ R]. 昆明:昆明有色冶金设计研 究院,2007. [ [ 4]ꢀ 西南有色昆明勘测设计( 院) 股份有限公司. 昆钢大红山铁矿 Ⅰ 号铁铜矿带首采区基建探矿地质报告[R]. 昆明:西南有色 昆明勘测设计(院)股份有限公司,2011. 5]ꢀ 西南有色昆明勘测设计( 院) 股份有限公司. 云南省新平县大 红山铁矿铁铜矿生产勘探报告[R]. 昆明:西南有色昆明勘测 设计(院)股份有限公司,2014. ( 4)加强技术创新,积极推动四新技术在矿山 工程施工中的应用。 加强矿山采矿方法实验研究, 对原设计的采矿方法不断完善改进,找出适合本矿 山不同地质条件下的高效安全的采矿方法,加大采 矿强度,及时处理采空区。 合理确定相邻矿体(脉)回 [ [ 6]ꢀ 徐开礼,朱志澄. 构造地质学[M]. 北京:地质出版社,1987. 7]ꢀ 冶金工业部,北京有色冶金设计研究院. 新编矿山采矿设计手 册[M]. 北京:中国矿业大学出版社,2006. (收稿日期 2018-12-02ꢀ 责任编辑ꢀ 徐志宏) 3 0
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