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大红山铁矿地表塌陷规律研究及坑露衔接综合开采技术
2018-11-14
大红山铁矿地表塌陷规律研究及坑露衔接综合开采技术——中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司孙丽军专家报告
大红山铁矿地表塌陷规律研究及 坑露衔接综合开采技术 报告人:孙丽军 手 机:13485550228 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 2 018年08月 汇报提纲 一 研究背景 二 研究成果 三 成果评价 四 知识产权 一、研究背景 大红山铁矿为我国国内特大型地下矿山,矿石总储量约4.5亿吨。矿山 2 002年建成年产50万吨采、选试验性工程。2006年建成400万吨/年采、 选、管道工程,2008年展开800万吨/年采、选工程。目前矿山已形成 300万吨/年原矿处理能力,可生产500万吨成品矿。 1 根据矿山开采规划,这几个矿段同步开采,因此露天开采面临着井下崩落法和充填 法开采后造成地表塌陷或岩移的影响。浅部铁矿露天开采又制约了井下崩落法和充 填法生产能力,因此开展了地表塌陷规律及坑露衔接联采研究课题。 一、研究背景 距地表 00m 7 主采区采用崩落法开采。 放顶水平500m,放顶高20m 铜矿带采用上向点柱分层充填 法,由下向上开采 二、研究成果 成果1、揭示了大红山铁矿在构造带影响条件下的硬岩空区突发失稳规律 以往的理论和认知 采 高度一般不超过开采厚度的 ~6倍 冒落带 裂隙带 空 区 上 覆 岩 层 划 分 4 厚度大体与冒落带相当 开采较深时,高度>裂隙带 冒落带高度,开采较浅时, + 弯曲带 裂隙带一直冒落可直达地表, 此时无弯曲带。 当采空区形成顶板失稳冒落时,考虑岩石具有碎胀性(岩石碎胀系数一般可达 .3~1.5),顶板冒落2~3倍的采空区高度时即可将采空区充填满,采空区上 覆岩层将不再移动。 1 二、研究成果 大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 2 暴露面积12000m 时Z向位移云图 2 暴露面积10000m 时Z向位移云图 暴露面积13000m 时Z向位移云图 2 二、研究成果 大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 2 暴露面积12000m 暴露面积20000m 暴露面积103000m 时最大主应力云图 2 时最大主应力云图 2 时最大主应力云图 二、研究成果 大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 暴露面积 0000m2 12000m2 13000m2 序 参量 号 (+740m或+790m剖面) 1 20000m2 37.78 0.825 39.56 10.75 1 2 3 4 最大主应力(MPa) 最大拉应力(MPa) 最大压应力(MPa) 最大位移 (cm) 30.64 35.67 0.592 36.83 5.83 35.77 0.770 36.69 6.01 0.587 36.34 5.36 二、研究成果 大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 当暴露面积为12000m2~13000m2时,因空区高度范围内断层处 岩体受拉变形而引发顶板岩体发生崩落,但此时由于最大拉应 力仍未达到岩体极限抗拉强度,因此顶板岩体不会一直向上崩 落;而当暴露面积为20000m2以上时,若顶板岩体再有一定扰 动就有可能进入屈服状态,因而发生脆性破坏、剪切破坏与拉 伸相结合的破坏而引起顶板崩落,而且由于大的构造的存在, 这种崩落具有一次性突发冒落直至地表而引起强大冲击波。 二、研究成果 相似模拟试验 大红山铁矿地下开采相似模拟 试验模拟范围至地表,因此模 型垂直应力是由利用模型配比 材料自重加以模拟,采用自重 应力下平面相似模拟试验系统, 测试传感系统包括WTB-Y型应力 传感器、WTB-10型顶杆式位移 传感器、WTB-50型内埋式位移 传感器,位移传感器配合磁性 支座固定在模型台架上;采集 分析系统为JM3813型静态电阻 应变采集仪配合JMTDS控制分析 软件 二、研究成果 相似模拟试验 相似模拟试验应力及传感器布设图 简化A37剖面图 二、研究成果 相似模拟试验 上部岩体冒落过程示意图 二、研究成果 井下矿体开采后,采空区上部岩体逐步 开裂后冒落,并逐步向上发展,表现到 地表首先是出现小范围的开裂,伴随弯 曲下沉带,再逐步向空区为中心的外围 发展,形成区域内的塌陷坑。 相似模拟试验 在井下采区与露天边坡之间的F2断层处 主要为沿着断层倾斜方向的裂缝,表明 断层出现了一定的整体滑移,对于采空 区与露天边坡之间起到一定的隔断作用, 同时注意到断层与露天边坡之间亦出现 了竖直方向的开裂缝,表明空区造成岩 层移动已突破了断层的阻隔,并在断层 一侧地表及岩层产生朝向冒落空区方向 的倾倒。 二、研究成果 矿山空区以上岩层的冒落明显经历了开始拱状塌陷再发育到地表,并 表现为到达地表后的敞开式发育。而当冒落发育到地表后,地表形成 冒落区,此时,再冒落则不再是拱型,而为敞开式塌陷。 二、研究成果 规律:存在大的构造面且围岩为 坚硬稳固的整体块状结构的采空 区,空区的失稳垮落将会在瞬间 突发沿构造面一次性整体突冒。 该规律为大红山铁矿岩体移动控 制及空区处理提供了依据。 通电电路 地表 1 050m 地质孔 1 000m 9 50m 岩体 采空区冒落高度导电法监测原理示意图 二、研究成果 成果2、研究了废石散体回填塌陷坑的综合技术方法 2 006 2007 2008 2009 2010 2011 2012年至今 备注 由于崩落法开采引起的围岩崩落 是一个复杂的空间-时间问题, 矿石回采后顶板冒落到地表具有 一定的延时性。从2006年底开始 进行地下回采到2011年首次观测 到地表裂缝,可得出大红山铁矿 地下开采成采空区后(480米开 采),大约需要4年左右发展到 地表;而从地表开始塌陷(2011 年)的倒漏斗发育到正漏斗的塌 陷,大约经历了3年时间(2011 年8月—2015年现在), 4 4 4 4 4 80 60 40 20 00 —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— “—” 表示 正在 回采 二、研究成果 随着开采的延深空区的一定高度内 被岩石充填后,围岩受力状态有了 很大的改善,空区两侧围岩变形很 小,采场对围岩的水平影响范围也 相应地得到了有效控制。 6 00 00 00 00 00 00 5 竖直 高度 实际 标高 水平 影响 范围 3 0以下 60 100 200 250 650 300 750 400 800 450 850 550 600 4 3 4 30 460 500 600 950 1000 2 1 0 22 53 134 175 196 225 242 271 285 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 6 00 00 00 00 00 水平影 响范 围 (m) 5 4 竖直高度 实际标高 30以下 430 60 460 500 600 650 750 800 850 950 1000 25 64 77 87 101 105 110 117 100 200 250 300 400 450 550 600 3 2 水平影响范围 0 0 100 0 0 100 200 300 400 500 600 二、研究成果 地表塌陷坑发展情况 不同塌陷角、不同开采深度井下开采对露天开采的影响 二、研究成果 回填治理区域位于塌陷坑东北部,从露天采场至该区域排岩有两种方案,第一 种为西北部排岩公路方案,即利用现有的露天采场1150m台阶公路向东北部治 理区域延伸,新修排岩公路长度约为1.2km;第二种方案为东南部排岩公路方 案,即利用目前改道后的1125m台阶处临时公路向东北部治理区域延伸,新修 排岩公路长度约为1.8km,可见第一种方案新修排岩公路较短 未来地表裂缝及塌陷范围将继续向西南方向 发展,因此第二种排岩公路存在安全隐患。 而第一种排岩公路方案位于目前塌陷坑的西 北侧,非地下开采推进方向,也不位于主采 区正上方,目前该方向上裂缝发展相对稳定, 发生大规模下陷及开裂的概率很低,相对第 二种排岩公路方案安全性较高。 三、第三方评价 研究成果已在大红山铁矿得到成功应 用,该项目依托大红山铁矿开发的 开 采技术达到国际领先水平,具有推广 应用前景 本课题研究揭示的空区失稳规律、 多矿段协调同步开采技术……在 检中的国内外相关文献中均未见 相同内容的报道 四、知识产权 相关成果在《金属矿山》、《现代矿业》、《云南冶金》等核心期刊上发 表论文20余篇。获得国家专利7项。矿协一等奖,钢协二等奖。 谢谢各位专家! 姓名:孙丽军 手机:13485550228
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