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岩金矿山采空区及残留矿柱回采稳定性研究
2011-08-03
留矿采矿法是我国岩金地下矿山最主要的采矿方法之一,随着开采活动的不断进行,留矿法开采的岩金 矿山将相继面临着未处理采空区不断增加、残留矿柱日益增多的问题,因此,安全回采矿柱与处理采空区是必须解决的重大 技术问题。以浙江遂昌金矿为工程实例,对采空区及残留矿柱回采稳定性问题进行了全面系统的研究。
第 22 卷 第 8 期 岩 石 力 学 与 工 程 学 报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 22(8): 1404~ 1404 Aug., 2003 2 003 年 8 月 岩 金 矿 山 采 空 区 及 残 留 矿 柱 回 采 稳 定性 研 究 赵 奎 (南 方 冶 金 学 院 环 境与 建筑 工 程 分 院 赣 州 341000) 博 士 学 位 论 文摘 要 留 矿 采 矿 法 是 我 国 岩 金 地 下 矿 山 最 主 要的 采 矿 方 法 之 一 , 随 着 开 采 活 动 的 不 断 进 行 , 留 矿 法 开 采 的 岩 金 矿 山 将 相 继 面 临 着 未 处 理 采 空 区 不 断 增 加、残 留 矿 柱 日 益 增 多 的 问 题 , 因 此 , 安 全 回 采 矿 柱 与 处 理 采 空 区 是 必 须 解 决 的 重大 技术 问 题 。 以 浙 江 遂 昌 金 矿 为 工 程 实 例 , 对 采 空 区 及 残 留 矿 柱 回 采 稳 定性 问 题 进 行 了全 面 系 统 的 研 究 , 主 要研 究 内 容 及 成 果 包括 : ( 1) 通 过深 入 现 场 调 查 , 划 分 了矿 山 工 程 地 质 岩 类 , 归 纳 了各 岩 类 基 本力 学 特 征 及 其 相 应 的 工 程 地 质 现 象 , 确 定了主 要 工 程 地 段 的 优 势结 构 面 组 。 给 出 的 结 构 面 组 识 别的 模 糊 均 值 聚 类 算 法 , 具 有 算 法 简 便、识 别结 果 直 观 的 优 点 。 2) 提 出 了基 于 信 息 分 配 的 地 应 力 状 态 与 围 岩 性 质 之 间 的 模 糊 识 别方 法 , 以 解 决 样本量 不 足 造 成 的 识 别困 难 , 同 时 , 结 ( 合 现 场 实 测 的 地 应 力 值 和 地 质 构 造 分 析 法 , 得 出 了地 应 力 与 深 度 之 间 的 定量 关 系 , 并 对 初 始 地 应 力 场 分 布 的 基 本规 律 进 行 了 分 析 。 ( 3) 根 据 数 值 模 拟 结 果 对 影 响 光 弹 性 应 力 计灵 敏 度 的 若 干 因 素 进 行 了讨 论 , 依 据 应 力 变 化 值 和 变 化 率 实 测 结 果 采 用 聚 类 分 析 方 法 确 定了采 空 区 稳 定性 等 级 和 主 要承载矿 柱 , 主 要承载矿 柱 的 确 定对 选 择 残 留 矿 柱 回 采 点 具 有 重要的 指 导 意 义 。 4) 通 过三 维 有 限 元 数 值 模 拟 , 揭 示 了矿 柱 不 同 回 采 方 案 的 岩 体 位移 、应 力 等 分 布 的 特 点 , 得 到 了 460 m 及 其 以 下 中 段 底 柱 回 采 前 需 采 取 充 填等 措 施 及 采 场 底 柱 留 中 间 采 两端 的 回 采 方 案 围 岩 稳 定性 最 好 等 重要结 论 。 5) 建立了基 于 关 系 矩 阵 和 模 糊 理 论 的 采 空 区 稳 定性 综 合 评 价 方 法 , 最 后 以 地 压 控 制 为 基 本原则, 应 用 系 统 综 合 集 成 原 理 , 将 经 验 知 识 、理 论 及 现 场 观 测 结 果 有 机 结 合 起来 , 确 定了采 空 区 处 理 和 残 留 矿 柱 回 采 的 原则和 具 体 方 法 。 6) 由 于 采 用 声 波 测 试 技术 分 析 岩 体 稳 定性 目 前 尚 属 于 经 验 性 评 价 工 作, 在 详细 分 析 了矿 柱 纵 波 速 度 与 所 受 压 力 之 间 的 ( ( ( 定量 关 系 以 及 矿 柱 破 裂 区 分 布 特 点 的 基 础 上 , 建立了基 于 声 波 测 试 的 矿 柱 稳 定性 模 糊 推 理 系 统 。 该 系 统 以 矿 柱 整 体 稳 定性 和 边角 局 部 破 坏 可 能 性 作为 输 出 变 量 , 能 够 更加全 面 地 反 映 矿 柱 稳 定状 态 和 损 伤 情 况 , 从而 为 残 留 矿 柱 回 采 时 相 邻 矿 柱 稳 定性 判 断 提 供 了更加可 靠 的 定量 依 据 , 同 时 , 该 推 理 系 统 对 于 硬 岩 地 下 矿 柱 稳 定性 分 析 均 具 有 较 好 的 适 用 性 。 (7) 推 导 了在 已 知 迹 线 长 度 密 度 函 数 时 节 理 面 延展 性 概 率 密 度 计算 公 式 。 结 果 表明 , 利用 实 测 迹 线 长 度 推 测 节 理 面 实 际 长 度 时 , 统 计窗 法 与 测 线 法 的 效果 是 很 接 近 的 。 在 此 基 础 上 , 建立了同 时 考 虑 节 理 面 间 距 和 延展 性 随 机 特 性 的 情 况 下 构 成 块 体 体 积 的 概 率 公 式 , 为 节 理 岩 体 稳 定性 分 析 提 供 了更接 近 客 观 实 际 的 模 型, 并 应 用 该 模 型对 采 场 顶 板 块 体 可 动 性 与 规 模 进 行 了计算 分 析 。 ( 8) 根 据 块 体 理 论 与 模 糊 测 度 理 论 , 提 出 了大 型块 体 稳 定性 的 模 糊 随 机 可 靠 性 分 析 方 法 , 建立了块 体 稳 定性 模 糊 概 率 测 度 计算 公 式 , 最 后 应 用 于 回 采 点 顶 板 大 型结 构 面 构 成 块 体 的 稳 定性 分 析 中 , 结 果 表明 , 该 块 体 沿 单 面 滑 动 失 稳 的 可 能 性 较 大 。 9) 建立了残 留 矿 柱 回 采 后 相 邻 矿 柱 稳 定性 的 极 限 状 态 方 程 , 确 定了以 应 力 、波 速 、位移 联 合 监测 的 岩 体 稳 定性 预 测 的 种 判 别模 式 。 实 践 证 明 , 残 留 矿 柱 回 采 诱 发 地 压 大 部 分 属 于 升 压 稳 定模 式 。 ( 4 关 键 词 岩 金 矿 山 , 采 空 区 , 残 留 矿 柱 , 回 采 , 稳 定性 STABILITY STUDY OF MINED-OUT AREAS AND RECOVERY OF RESIDUAL PILLARS IN ROCKY GOLD MINE Zhao Kui ( Faculty of Environment and Construction Engineering, Southern Institute of Metallurgy, Ganzhou 341000 China) 2 003 年 5 月 8 日 收 到 初 稿 。 作者 赵 简 介 : 男 , 1969 年 生 , 2003 年 3 月 于 北 京 科技大 学 土 木 与 环 境工 程 学 院 获 工 程 力 学 专 业 博 士 学 位, 导 师 是 蔡 美 峰 教 授 ; 现 在 南 方 冶 金 学 院 工 作, 主 要从事 工 程 岩 体 稳 定性 理 论 与 测 试 方 面 的 研 究 工 作。 奎
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