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无底柱分段崩落法塌陷区回填体移动规律研究
2011-08-18
为解决金山店铁矿地下矿体崩落开采时地表塌陷区的安全回填问题,利用相似原理对相似模型进行 了崩落采矿模拟试验,找出了不同分段落矿时地表回填体的塌陷模式并进行了分析。试验结果表明地表回填体最 活跃的区域处于端部出矿口的正上方,这就为确定回填时的重点防范区域与指导塌陷区安全回填工作提供了必要 的科学依据。
Series No 422 Augustꢀ 2011 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 20总11第年 4第228期期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ METAL MINE 无底柱分段崩落法塌陷区回填体移动规律研究 马 ꢀ ( 俊 ꢀ 许 梦 国 ꢀ 王 ꢀ 平 ꢀ 李 ꢀ 艳 武 汉 科 技 大 学 资 源 与 环 境 工 程 学 院 ) 摘 ꢀ 要 ꢀ 为 解 决 金 山 店 铁 矿 地 下 矿 体 崩 落 开 采 时 地 表 塌 陷 区 的 安 全 回 填 问 题 , 利 用 相 似 原 理 对 相 似 模 型 进 行 了 崩 落 采 矿 模 拟 试 验 , 找 出 了 不 同 分 段 落 矿 时 地 表 回 填 体 的 塌 陷 模 式 并 进 行 了 分 析 。 试 验 结 果 表 明 地 表 回 填 体 最 活 跃 的 区 域 处 于 端 部 出 矿 口 的 正 上 方 , 这 就 为 确 定 回 填 时 的 重 点 防 范 区 域 与 指 导 塌 陷 区 安 全 回 填 工 作 提 供 了 必 要 的 科 学 依 据 。 关 键 词 ꢀ 分 段 崩 落 ꢀ 移 动 规 律 ꢀ 地 表 回 填 体 ꢀ 模 拟 试 验 Study on the Movement Laws of Subsided Backfilling Body with Pillarless Sublevel Caving Ma Junꢀ Xu Mengguoꢀ Wang Pingꢀ Li Yan ( Resources and Environment Engineering College, Wuhan University of Science and Technology) Abstractꢀ In order to solve the safety backfilling problem of surface subsidence about underground orebody caving mining in Jinshandian Iron Ore, the similarity principle is adopted to make similar model for the simulation test of caving The collapse mode and impact analysis of surface backfill while mining at different section are found out The tests show that the most active area of surface backfill is right above the drawing outlet It provides necessary scientific basis to deter mine the key prevention area as backfilling and guide the safety backfilling of subsidence area Keywordsꢀ Sublevel caving, Movement laws, Surface backfilling, Simulation tests ꢀ ꢀ 无 底 柱 分 段 崩 落 法 自 20 世 纪 60 年 代 中 期 在 我 隐 患 。 因 此 , 研 究 地 表 回 填 区 的 变 化 规 律 与 井 下 生 产 的 关 系 , 预 测 塌 陷 区 的 动 态 移 动 范 围 、 监 测 运 输 线 路 的 稳 定 性 , 制 定 安 全 高 效 的 回 填 工 艺 , 指 导 回 填 工 作 安 全 正 常 进 行 成 为 矿 山 亟 待 解 决 的 问 题 。 为 此 , 建 立 地 质 力 学 模 型 进 行 了 试 验 研 究 , 该 试 验 主 要 考 虑 地 下 崩 落 开 采 时 , 对 地 表 回 填 体 移 动 变 化 的 影 响 情 况 。 在 基 本 满 足 相 似 原 理 的 条 件 下 , 地 质 力 学 模 型 试 验 能 够 更 真 实 地 反 映 地 质 构 造 和 工 程 结 构 的 空 间 关 系 , 试 验 结 果 更 加 直 观 , 使 人 们 在 试 验 的 过 程 中 发 现 问 题 , 找 出 规 律 , 为 科 学 决 策 提 供 参 考 。 大 量 的 工 程 实 践 表 明 , 依 据 相 似 原 理 建 立 地 质 力 学 模 型 的 试 验 方 法 是 研 究 地 下 采 矿 问 题 的 一 种 行 之 有 效 的 方 国 开 始 使 用 以 来 , 因 其 具 有 回 采 工 艺 简 单 、 产 量 大 、 机 械 化 程 度 高 、 安 全 性 好 等 特 点 , 在 金 属 矿 山 获 得 迅 速 推 广 , 特 别 是 在 铁 矿 山 更 为 广 泛 , 目 前 地 下 铁 矿 山 矿 石 总 产 量 的 70% 左 右 用 此 法 开 采 1] 。 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 进 行 地 下 开 采 时 , 随 着 开 采 深 度 的 不 断 增 加 , 围 岩 崩 落 后 , 将 会 在 地 表 产 生 连 续 变 形 与 非 连 续 变 形 破 坏 , 对 矿 区 安 全 势 必 会 构 成 一 定 的 威 胁 。 多 年 来 , 金 山 店 铁 矿 一 直 采 用 崩 落 法 开 采 , 矿 体 采 出 后 未 进 行 充 填 , 随 着 地 下 采 矿 的 不 断 进 行 , 围 岩 随 着 矿 石 的 放 出 而 不 断 崩 落 充 填 采 空 区 且 崩 落 范 围 已 贯 通 地 表 , 致 使 大 面 积 的 地 表 塌 陷 , 在 地 表 形 成 了 大 小 不 一 的 塌 陷 坑 。 目 前 , 金 山 店 铁 矿 利 用 废 石 对 采 矿 塌 陷 坑 开 展 了 全 面 的 回 填 工 作 。 由 于 塌 陷 坑 和 回 填 体 处 在 采 场 的 上 方 , 回 填 体 表 面 呈 现 动 态 性 , 随 着 井 下 生 产 的 不 断 进 行 , 回 填 体 的 中 间 时 常 出 现 塌 陷 坑 , 给 回 填 运 行 带 来 了 不 安 全 因 素 。 而 回 填 体 的 松 软 性 和 受 恶 劣 天 气 影 响 的 特 性 增 加 了 回 填 生 产 安 全 的 不 确 定 性 , 回 填 工 作 尚 无 规 范 的 工 艺 方 案 和 安 全 预 案 , 给 回 填 工 作 和 汽 车 运 输 带 来 了 很 大 的 安 全 [ 法 [ 24] 。 1ꢀ 相 似 材 料 模 拟 试 验 1 1ꢀ 相 似 模 拟 试 验 的 基 本 原 理 相 似 模 拟 试 验 建 立 在 相 似 理 论 的 基 础 上 , 通 过 模 型 的 变 化 规 律 来 推 演 原 型 的 变 化 情 况 。 具 体 应 该 马 ꢀ 俊 ( 1986— ) 男 , 硕 士 研 究 生 , 430081 湖 北 省 武 汉 市 青 山 区 和 平 大 道 947 号 。 · 37· 总 第 422 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2011 年 第 8 期 满 足 以 下 几 个 方 面 的 准 则 5] 。 [ × 10 cm × 10 cm 的 立 方 体 。 在 装 料 前 , 为 了 方 便 脱 模 , 在 模 具 中 涂 抹 一 定 量 的 机 油 。 按 照 正 交 试 验 的 原 理 , 把 不 同 组 分 和 配 比 的 相 似 材 料 振 捣 压 实 待 初 凝 后 , 脱 模 , 在 自 然 条 件 下 风 干 7 d, 待 容 重 变 化 不 大 时 , 称 重 测 试 。 试 验 中 , 数 据 采 集 系 统 主 要 由 液 压 式 万 能 试 验 机 、 应 变 片 、 压 力 传 感 器 、 静 态 电 阻 应 变 仪 、 计 算 机 等 组 成 , 待 安 装 调 试 工 作 完 成 后 , 即 可 进 行 数 据 采 集 工 作 。 首 先 , 开 动 试 验 机 , 使 承 压 板 与 试 件 接 触 , 再 以 0 5 ~ 0 8 MPa / s 的 速 度 施 加 荷 载 , 直 至 试 件 破 坏 或 至 少 超 过 抗 压 强 度 的 50% 。 在 加 压 过 程 中 , 测 记 各 级 压 力 下 岩 石 试 件 的 纵 向 、 横 向 应 变 值 及 压 力 的 变 化 , 然 后 对 获 取 的 数 据 进 行 分 析 处 理 。 以 单 轴 抗 压 强 度 相 似 指 标 为 判 定 标 准 , 若 不 符 , 在 小 范 围 内 进 行 调 整 配 比 后 再 次 进 行 试 验 , 直 到 条 件 满 足 。 几 何 相 似 : C = L / Lp , ( 1) L m 式 中 , CL 为 长 度 相 似 常 数 ; L 为 模 型 长 度 ; Lp 为 原 m 型 长 度 。 运 动 相 似 : T m CT = = 槡 αT  ( 2) T p 式 中 , CT 为 时 间 比 ; Tm 为 模 型 运 动 所 需 时 间 ; Tp 为 原 型 运 动 所 需 时 间 。 动 力 学 相 似 : L m · γm · Rp , Rm = ( 3) L γ p p 式 中 , Rm, Rp 为 相 似 材 料 和 岩 石 的 力 学 性 质 ; γm, γp 为 相 似 材 料 和 岩 石 的 容 重 。 2 ꢀ 试 验 模 型 设 计 根 据 原 型 和 模 型 的 平 衡 、 几 何 、 物 理 方 程 、 应 力 边 界 条 件 和 位 移 边 界 条 件 可 推 导 出 相 似 关 系 表 达 式 Cσ = C CL , C = C CL , C = CεCE , ( 1) 现 场 概 况 。 本 次 试 验 所 选 取 的 剖 面 是 金 山 # 店 铁 矿 张 福 山 矿 区 的 23 勘 探 线 剖 面 线 , 该 区 矿 体 平 均 厚 度 为 24 79 m, 倾 向 162° ~ 216°, 倾 角 42° ~ γ δ ε σ C = 1, C = f, C = 1, ( 4) ε f μ 8 9°, 矿 体 上 盘 围 岩 主 要 为 角 页 岩 、 大 理 岩 , 下 盘 围 岩 式 中 , Cσ 为 应 力 相 似 常 数 ; C 为 容 重 相 似 常 数 ; C γ L 主 要 为 石 英 闪 长 岩 , 一 般 围 岩 均 经 受 一 定 程 度 的 磁 铁 矿 化 , 与 矿 体 间 有 较 明 显 的 分 界 线 , 并 较 为 稳 固 。 在 岩 体 参 数 的 选 取 方 面 , 本 研 究 以 中 科 院 武 汉 岩 土 力 学 研 究 所 对 该 地 区 的 岩 体 材 料 的 研 究 成 果 为 依 据 , 并 参 照 有 关 研 究 经 验 进 行 折 减 和 整 理 而 得 。 矿 、 岩 的 物 理 力 学 参 数 见 表 1。 为 几 何 相 似 常 数 ; C 为 位 移 相 似 常 数 ; C 为 应 变 相 δ ε 似 常 数 ; C 为 弹 性 模 量 相 似 常 数 ; C , C 分 别 为 摩 擦 E f μ 系 数 相 似 常 数 和 泊 松 比 相 似 常 数 。 应 该 指 出 的 是 , 在 地 质 力 学 模 型 试 验 过 程 中 , 要 使 模 型 材 料 的 各 种 力 学 参 数 全 部 严 格 地 满 足 相 应 的 相 似 条 件 是 非 常 困 难 的 , 且 对 于 分 析 研 究 岩 体 的 变 形 破 坏 机 制 来 说 也 没 有 必 要 。 因 此 在 具 体 试 验 时 只 能 满 足 主 要 的 相 似 条 件 , 忽 略 次 要 方 面 , 其 主 要 及 次 要 条 件 的 选 择 取 决 于 试 验 研 究 的 目 的 和 试 验 方 法 , 这 也 正 是 地 质 力 学 模 型 试 验 的 主 要 优 点 , 且 有 别 于 传 统 的 相 似 模 拟 试 验 , 可 以 比 较 方 便 地 进 行 试 验 研 究 。 表 1ꢀ 矿 体 及 围 岩 的 物 理 力 学 参 数 抗 剪 强 度 弹 性 模 量 泊 松 比 抗 拉 强 度 / MPa 重 力 密 度 ( kN/ m3 ) 岩 ꢀ 性 粘 结 力 内 摩 擦 角 / ( °) / GPa / MPa A1: 角 页 岩 C1: 岩 浆 岩 25 0 5 0 0 30 5 0 0 28 1 2 51 4 0 2 0 1  2ꢀ 相 似 材 料 的 选 择 A2: 角 页 岩 26 0 0 9 45 B: 大 理 岩 根 据 前 人 的 大 量 实 践 经 验 , 相 似 材 料 的 选 择 需 C2: 岩 浆 岩 D: 矿 石 25 0 34 0 5 0 0 30 4 0 0 26 0 7 1 0 51 38 3 0 2 5 满 足 以 下 几 个 原 则 : ① 材 料 的 某 些 性 质 与 岩 性 相 似 ; ②模 型 材 料 的 弹 性 模 量 有 一 定 的 调 节 范 围 ; ③材 料 来 源 广 泛 , 成 本 经 济 , 无 毒 性 , 容 易 加 工 成 型 ; ④模 型 材 料 的 物 理 力 学 性 质 稳 定 。 据 此 原 则 , 选 取 了 河 砂 、 铁 矿 精 粉 、 重 晶 石 粉 为 骨 料 , 石 膏 为 胶 结 物 的 相 似 材 料 进 行 试 验 , 试 验 结 果 表 明 铁 矿 粉 能 够 较 好 的 调 节 试 块 的 容 重 , 而 石 膏 能 够 使 试 块 的 弹 性 模 量 和 抗 压 强 度 在 一 定 的 范 围 内 变 化 , 能 够 满 足 试 验 要 求 , 取 得 了 满 意 的 结 果 。 ꢀ ꢀ 注 : 表 中 A、 B、 C、 D 为 各 岩 体 的 级 别 , 其 中 A1、 C1 为 一 类 , A2、 B 为 一 类 , C2、 D 各 为 一 类 。 ( 2) 相 似 常 数 的 确 定 。 正 确 地 选 择 模 型 的 几 何 相 似 常 数 是 十 分 重 要 的 , 它 直 接 关 系 到 : ①试 验 的 精 度 ; ②模 型 的 工 作 量 和 经 济 指 标 ; ③实 验 室 现 有 的 模 型 试 验 设 备 、 测 试 技 术 和 模 拟 范 围 等 几 个 方 面 。 为 此 , 经 过 对 多 个 模 型 比 例 尺 方 案 的 综 合 分 析 比 较 , 最 后 选 定 的 相 似 几 何 比 C = 1 / 400, 容 重 比 Cγ = 1, 应 1  3ꢀ 试 块 制 作 及 相 似 配 比 的 确 定 L 力 比 C = 1 / 400, 时 间 比 C = 1 / 20。 本 次 试 验 采 用 的 塑 料 模 具 是 几 何 尺 寸 为 10 cm 38· σ T · ꢀ ꢀ ꢀ 马 ꢀ 俊 等 : 无 底 柱 分 段 崩 落 法 塌 陷 区 回 填 体 移 动 规 律 研 究 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2011 年 第 8 期 ( 3) 地 应 力 的 模 拟 。 由 于 矿 区 主 要 是 重 力 应 力 场 , 所 以 仅 考 虑 重 力 与 位 移 边 界 条 件 下 试 验 模 型 的 变 化 情 况 , 对 模 型 实 施 位 移 约 束 。 因 为 C = 1, 所 以 γ 岩 体 的 自 重 完 全 由 模 型 材 料 的 自 重 来 模 拟 。 ( 4) 采 矿 过 程 模 拟 。 采 用 无 底 柱 分 段 崩 落 法 进 行 回 采 , 在 - 410 m 以 上 中 段 高 度 70 m, 以 下 为 90 m, 目 前 开 采 水 平 - 312 m。 矿 体 模 拟 起 采 高 程 从 该 深 度 开 始 按 照 每 14 m 一 个 分 段 由 上 至 下 进 行 逐 步 开 挖 , 本 次 试 验 研 究 开 挖 深 度 为 - 312 ~ - 396 m。 每 个 分 段 开 挖 后 观 察 上 部 回 填 体 的 塌 陷 变 化 以 及 记 录 位 移 沉 降 情 况 , 用 数 码 相 机 进 行 拍 照 记 录 。 图 1ꢀ 23# 剖 面 相 似 模 型 下 开 挖 前 与 开 挖 后 百 分 表 的 读 数 , 直 至 下 部 位 移 值 超 出 百 分 表 的 读 数 范 围 ( 0 ~ 10 mm) , 本 次 试 验 出 现 在 第 6 步 开 挖 , 第 6 步 开 挖 后 Ⅰ号 表 的 最 大 下 沉 位 移 为 3 60 cm( 相 当 于 原 型 的 14 4 m) 。 崩 落 矿 岩 是 由 形 状 各 异 的 固 相 颗 粒 ( 块 体 ) 、 液 相 、 气 相 结 合 而 成 的 聚 合 体 , 其 内 部 颗 粒 ( 块 体 ) 之 间 的 结 构 赋 存 状 况 以 及 在 放 矿 过 程 中 这 种 结 构 的 扩 展 与 变 化 过 程 是 非 常 复 杂 的 6] 。 从 开 挖 的 过 程 来 看 , 前 2 个 分 段 开 挖 后 , 地 表 回 填 体 的 沉 降 变 化 不 是 很 大 , 回 填 体 下 部 围 岩 散 体 有 逐 步 下 移 的 趋 势 , 待 第 3 分 段 及 以 后 分 段 开 挖 时 , 可 以 明 显 观 察 到 围 岩 散 体 与 地 表 回 填 体 的 整 体 流 动 、 滚 动 以 及 回 填 体 中 细 小 颗 粒 的 渗 透 等 现 象 。 在 散 体 非 对 称 的 交 互 式 流 动 过 程 中 , 同 时 有 了 压 力 拱 的 出 现 , 它 会 暂 时 呈 “ 悬 钟 状 态 ” , 该 状 态 极 不 稳 定 , 受 周 围 采 矿 活 动 的 影 响 将 会 遭 受 破 坏 , 拱 的 形 成 与 破 坏 交 替 进 行 着 , 形 状 逐 渐 变 大 且 由 下 至 上 发 展 , 促 使 地 表 位 移 呈 现 不 均 匀 变 化 , 伴 随 有 漏 斗 状 凹 坑 的 出 现 。 地 表 监 测 点 的 位 移 变 化 值 与 变 化 趋 势 分 别 见 表 2 与 图 2。 ( 5) 相 似 材 料 配 比 。 在 模 型 试 验 的 过 程 中 , 相 似 配 比 的 确 定 与 相 似 材 料 的 选 择 同 等 重 要 , 因 为 只 有 相 似 配 比 选 择 正 确 后 , 才 能 保 证 模 型 试 验 的 准 确 性 , 才 能 够 使 得 试 验 结 果 真 实 可 信 。 根 据 相 似 原 理 , 由 已 知 的 相 似 常 数 和 矿 岩 的 物 理 力 学 参 数 可 推 算 出 相 应 的 相 似 材 料 的 物 理 力 学 参 数 , 这 些 参 数 是 最 终 确 定 相 似 配 比 的 标 准 。 经 过 多 种 不 同 组 分 和 配 比 的 相 似 材 料 物 理 力 学 参 数 的 测 定 , 最 终 选 取 : ①水 ∶ 重 晶 石 粉 ∶ 细 砂 ∶ 铁 粉 ∶ 石 膏 = 5∶ 8∶ 5∶ 10∶ 4 作 为 A2、 B 岩 类 的 相 似 材 料 ; ②水 ∶ 重 晶 石 粉 ∶ 铁 粉 ∶ 石 膏 = 2∶ [ 1 0∶ 20 ∶ 0 5 作 为 A1、 C1 岩 类 的 相 似 材 料 ; ③ 水 ∶ 铁 粉 ∶ 石 膏 = 3∶ 30∶ 2 作 为 D 岩 类 的 相 似 材 料 。 ( 6) 模 型 的 设 计 。 由 现 场 实 际 剖 面 尺 寸 通 过 几 何 相 似 常 数 换 算 得 模 型 的 尺 寸 为 180 cm × 175 cm × 20 cm。 根 据 现 场 的 实 际 情 况 , 模 型 剖 面 的 “ V” 形 区 域 内 , 上 部 回 填 体 选 用 粒 径 为 2 ~ 5 mm 破 碎 的 石 子 , 充 填 高 度 为 15 cm, 下 部 为 崩 落 的 围 岩 , 充 填 体 粒 径 为 10 ~ 40 mm, 充 填 高 度 为 65 cm, 其 下 部 为 矿 体 。 在 相 似 原 理 的 基 础 上 , 利 用 确 定 的 相 似 材 料 配 比 , 根 据 矿 山 实 际 工 程 地 质 剖 面 图 逐 层 构 筑 模 型 。 表 2ꢀ 百 分 表 记 录 数 值 mm 开 挖 步 数 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 1 2 3 4 5 6 1 58 1 77 2 06 2 31 7 44 7 96 0 73 1 46 1 94 2 81 8 25 8 58 0 01 0 11 0 27 0 46 1 42 1 61 2 3# 相 似 模 型 及 百 分 表 布 置 如 图 1。 3 ꢀ 试 验 过 程 3  1ꢀ 矿 体 开 挖 与 观 测 首 先 , 安 装 好 所 有 的 百 分 表 , 从 左 至 右 进 行 编 号 , 分 别 为 Ⅰ、 Ⅱ、 Ⅲ号 百 分 表 , 各 测 点 的 水 平 距 离 为 3 2ꢀ 地 表 回 填 体 的 塌 陷 模 式 1 0 cm, 测 读 下 各 自 的 初 始 读 数 。 记 录 完 读 数 后 即 可 无 底 柱 分 段 崩 落 法 端 部 出 矿 时 , 首 先 在 进 路 的 端 部 拉 开 切 割 槽 , 提 供 补 偿 空 间 , 在 回 采 进 路 中 凿 岩 爆 破 、 崩 矿 和 出 矿 , 然 后 分 步 距 后 退 式 回 采 矿 石 。 在 地 下 出 矿 的 过 程 中 , 地 表 回 填 体 相 应 的 会 呈 现 出 不 同 的 塌 陷 变 化 : 初 始 开 挖 时 , 地 表 沉 陷 变 化 由 Ⅰ号 表 至 Ⅲ号 表 逐 渐 变 缓 , 主 要 是 由 于 端 部 出 矿 方 式 所 引 开 始 开 挖 。 第 1 步 , 开 挖 矿 体 - 312 ~ - 326 m; 第 2 步 , 开 挖 矿 体 - 326 ~ - 340 m; 第 3 步 , 开 挖 矿 体 - 3 40 ~ - 354 m; 第 4 步 , 开 挖 矿 体 - 354 ~ - 368 m; 第 5 步 , 开 挖 矿 体 - 368 ~ - 382 m; 第 6 步 , 开 挖 矿 体 - 382 ~ - 396 m。 每 完 成 1 步 开 挖 , 相 应 地 记 录 · 39· 总 第 422 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2011 年 第 8 期 3  3ꢀ 地 表 回 填 体 的 沉 陷 影 响 ( 1) 回 填 工 作 。 针 对 地 表 的 塌 陷 坑 和 沉 降 , 金 山 店 铁 矿 目 前 正 在 开 展 全 面 的 回 填 作 业 , 大 面 积 的 塌 陷 势 必 会 给 汽 车 回 填 带 来 巨 大 的 安 全 隐 患 , 有 可 能 导 致 安 全 事 故 的 发 生 。 因 此 , 必 须 实 施 必 要 的 安 全 监 测 方 案 与 探 测 地 下 采 空 区 的 手 段 , 以 确 保 回 填 安 全 正 常 地 进 行 。 ( 2) 矿 石 提 前 贫 化 。 地 表 回 填 废 石 的 块 度 相 对 图 2ꢀ 地 表 下 沉 位 移 曲 线 较 小 , 陷 落 后 的 回 填 体 随 着 塌 陷 漏 斗 的 扩 大 以 及 崩 落 围 岩 散 体 间 的 空 隙 将 不 断 地 渗 透 到 矿 石 中 , 从 而 出 现 端 部 放 矿 过 程 中 矿 石 的 提 前 贫 化 现 象 。 ◆ — Ⅰ号 百 分 表 ; ■ — Ⅱ号 百 分 表 ; ▲ — Ⅲ号 百 分 表 起 的 。 随 着 开 采 深 度 的 不 断 增 加 , 在 出 矿 口 的 正 上 方 形 成 通 达 地 表 的 漏 斗 坑 , 因 地 下 出 矿 的 不 断 进 行 , 漏 斗 坑 不 断 扩 大 , 随 即 被 流 动 的 回 填 体 所 充 填 。 此 期 间 采 空 区 与 压 力 拱 随 之 生 成 , 在 压 力 拱 生 成 后 至 破 坏 之 前 , 因 受 应 力 拱 效 应 作 用 的 影 响 , 虽 然 地 下 开 采 在 不 断 地 进 行 , 但 地 表 回 填 体 会 表 现 出 短 暂 的 ( 3) 地 表 沉 降 曲 线 的 生 成 。 从 表 2 可 以 看 出 , 因 受 地 下 开 采 活 动 的 影 响 , 每 一 观 测 点 的 位 移 值 都 在 变 大 。 地 表 回 填 区 中 距 离 上 盘 越 近 的 位 置 , 每 次 开 挖 后 降 幅 最 大 , 这 是 由 端 部 出 矿 所 引 起 的 , 端 部 出 矿 时 , 离 出 口 处 越 近 的 位 置 块 体 流 出 速 度 就 越 快 , 当 传 递 到 地 表 时 , 使 得 原 来 在 同 一 水 平 面 的 回 填 体 有 了 一 定 沉 降 差 , 沿 进 路 方 向 形 成 了 酷 似 倒 正 态 分 布 的 下 沉 曲 线 。 “ 静 止 状 态 ” , 也 就 是 说 回 填 体 几 乎 没 有 沉 降 塌 陷 变 化 , 说 明 地 表 变 化 相 对 于 地 下 采 矿 来 说 , 具 有 明 显 的 滞 后 特 性 。 一 旦 受 到 外 界 大 的 扰 动 , 压 力 拱 将 失 衡 破 坏 , 地 表 回 填 体 大 的 沉 降 塌 陷 随 即 发 生 , 而 且 在 一 瞬 间 表 现 出 来 , 沿 进 路 方 向 的 端 部 塌 陷 尤 为 显 著 , 有 4 ꢀ 结 ꢀ 论 ( 1) 矿 体 采 出 后 , 在 靠 近 上 盘 位 置 处 上 覆 散 体 “ V” 型 凹 坑 的 出 现 , 且 有 向 Ⅱ号 表 方 向 演 化 变 大 的 移 动 和 回 填 区 域 内 变 化 剧 烈 , 伴 随 有 较 大 的 沉 降 和 塌 陷 坑 的 形 成 , 充 填 的 回 填 体 具 有 流 动 特 性 , 但 在 采 区 矿 体 下 盘 变 化 不 是 很 明 显 。 趋 势 , 在 垂 直 剖 面 的 方 向 上 , 塌 陷 “ W” 型 呈 现 。 在 实 际 的 生 产 过 程 中 , 地 下 爆 破 作 业 产 生 的 二 次 松 散 现 象 , 将 进 一 步 加 剧 回 填 体 的 塌 陷 成 形 过 程 。 矿 体 开 采 前 的 回 填 体 与 第 6 步 开 挖 后 的 回 填 体 变 化 对 照 如 图 3 和 图 4 所 示 。 ( 2) 为 了 使 矿 体 采 出 后 上 端 散 体 能 够 平 稳 均 匀 地 下 降 , 在 现 有 的 条 件 下 可 以 考 虑 从 如 何 控 制 块 度 的 均 匀 性 和 孔 隙 的 大 小 等 出 发 : ①采 用 合 理 的 爆 破 方 法 , 减 少 大 块 产 出 率 , 降 低 孔 隙 率 ; ②出 矿 时 , 采 取 全 断 面 均 匀 出 矿 方 式 , 适 当 增 加 出 矿 口 尺 寸 , 增 大 出 矿 口 矿 岩 散 体 的 有 效 流 动 范 围 。 ( 3) 从 变 化 趋 势 上 来 看 , 上 盘 回 填 体 的 沉 陷 变 形 会 随 着 开 采 深 度 的 增 加 而 逐 渐 变 大 , 凹 型 漏 斗 也 将 会 越 来 越 明 显 。 在 进 行 地 表 回 填 工 作 时 , 可 采 用 由 下 盘 方 向 逐 渐 向 上 盘 方 向 推 进 的 方 式 进 行 。 在 地 表 存 在 安 全 隐 患 的 区 域 内 , 应 设 立 安 全 警 示 标 志 , 严 密 监 测 现 场 回 填 体 的 变 化 情 况 , 根 据 回 填 体 的 沉 陷 规 律 变 化 , 适 时 调 整 回 填 路 线 , 制 定 安 全 措 施 , 保 证 回 填 设 备 与 人 员 的 安 全 。 图 3ꢀ 矿 体 开 采 前 的 回 填 体 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 [ 1] ꢀ 解 世 俊 , 等  金 属 矿 床 地 下 开 采 [ M]  北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , 2 008 图 4ꢀ 第 6 步 开 挖 后 的 回 填 体 ( 下 转 第 80 页 ) · 40·
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