三山岛金矿面临的采场稳定问题.pdf

络 6 三山岛金矿面临的采场稳定问题 三 山岛金矿付洪岭 ●●__ 一 啊7 弘 ／ 【 摘要】 三山岛 金矿是我国唯一的 谊海地下盘矿， 矿床类型为 典型的 。 焦家式”金矿床． 设 计 采用点柱式水平充填采矿法开采．从开采至夸矿山一直存在着采场稳定性差．而采场稳定性影响着采矿 生产能力问题．随着开采的延续．其稳定性将进一步恶化。本文咀此矿山采场岩体失稳的舆型现象来说 明矿山面临日 趋严重的采场岩体稳定性问题． 关键词；三山岛金矿点柱式充填采矿采场稳定岩石力学 1 溉述 三山岛金矿是我国目前已投产的设计规 模最大的黄金矿山，也是我国唯一的滨海地 下金矿。矿床位于沂沭断裂东侧次一级断裂 三山岛断裂带内的蚀变花岗岩中，矿体 长9 0 0 余米 ，产状 NE3 4 。 S E4 0 。，中部厚 犬，最大水平厚度 达4 0 0 m，两翼尖灭 ， 厚度 变化辏大，矿体赋存于三 山 岛 断 裂F 的 下 盘，并多处紧贴F t ，矿床类型属典型的破碎 带蚀变岩型岩浆热液矿床，即 “ 焦家式”金 矿床 。 矿山采用中央竖井和辅助斜坡遘联合开 拓 ， 在一 2 4 0 m， 一 1 5 0 m两个中段同时向上开采， 设计采用机械化点柱式水平充填采矿法 。采 场沿走向布置，长l O O m，宽为矿体 水 平厚 度，问柱宽6 m， 其内布置有通风泄水井，见 图1 。 矿体下盘每隔1 5 m布 置一条沿脉分段巷， 连通斜坡道 、下盘脉外溜井和采场 。采场的 回采分层 高为 3 m，切割层高4 ． 5 m， 充填分层 高3 m， 充填面上始终有1 ． 5 m 高的空璜作为爆 破补偿空间和通风道， 见图2 。采场内 按2 0 m 1 8 m网度留有6 m 6 m 规则点柱。 部分 窄小 采场取消点柱，采用水平充填采矿法开采。 2 采场的岩石力学条件 2 ． 1 矿区工程地质 矿 区地层有第四系种太古界胶 东群}矿 ～ ． 一二 I二 一墨鬯 墨照塞酝 一 70 m 中 段 ； 兰 耄 i 莩 三 釜 至 茎 鳍菇 一 。 中 段 ～ 中 段 I 一 2 5 0 ,-n 中 段 ＼ j 1 一 6 t1 ] 1 井巷 I 工程和采场划分纵投影图 有售矿【 【 】 1 5 9 7 ， 3 维普资讯 囝2 l 6 2 0 勘探线剖面和采充分层要索图 区岩 成威胁 矿区 构 造特 征 对矿区 橱正 怔 倒 竺 北西向三元陈家断裂的 E 鸥鞴。 匹嘲 性 断 兽 主 裂 面 位 于 矿 俸 上 断 层 F 为 控 矿 构 造 ， 主 裂 凹 fl豇 丁 停 盘o 二 1 o m 处 ， 璺 渡 状 伸 展 ， 有 连续的黑 色 篙 1 ～l O m 厚的破碎蚀变岩带o i 是且故 黟“ 所 有 采 场 顶 板 和 上 盘 矿 岩 稳 定 的 主 要 断 詈 断层F 是矿山开拓过程中揭鼯的一条太 断 层 ， 诚 断 层 为 张 扭 性 断 裂 ， 整 个 破 碎 带 兰 较大，最宽达2 0 多米，并且F 。 切割错 了 F ， ，破坏了F 的隔水性能。F a 北西端入海， 是 沟 通 地 下 水 与 海 水 的 导 水 构 造 ， 也 是 对 苎 域稳定性构成威胁的主要断层。F 断层函其 特殊的工程地质和水文地质条件-严重地 响着矿山井巷工程的布鬣形式，但因是高倾 角的横断层，对采场矿岩的稳定 性 影 响不 矿床涌水以构造裂隙水为主。矿区三面 临海，矿体全部赋存在海平面以下，距海最 近仅 l 0 0 余米，海水沿多条导水构造 进 入矿 坑，成为坑内水的主要补给源。井下总涌水 1 S 6 0 0 m ／ a ，动态趋于稳定。矿体及 其潦 板为充水岩休，富水性极不均匀，属水文地 质条件中等复杂的裂隙充水矿床。 现在由于采取以疏为主的治水方法，所 有采矿区段基本在疏干漏斗范围之内，地下 水对采场稳定性的直接影响比较小，采矿作 业基本不受地下漏水的影响。 2 ． 3 采场岩体结构和岩休质量特征 大量岩体结构调查结果表明，以F 断层 为界，北区段采场内构造以陡倾角的北西向 断裂为主，节理断层多含水，有充填物，并 多 处 形 成 共 巍 ， 还 分 布 有 较 多 的 北 北 东 缓 倾 角节理。采场岩体中不连续界面相互切割， 形成大量楔型不稳定块体。F 3 以南的岩体中 有多组晦性节理，部分隐性节理 近 水 平 分 布，岩石脆性，抗拉强度低，采场顶板多发 生沿北东向不连绥面的分居剥藉 根据对l 采场4 个个工程地质钻 孔 的岩 体质量指标 R Q D 统计，在北采场区域， 矿休的B Q D平均值为4 7 ． 2 ％，属质量整的岩 休 ； 面矿体上盘固岩的R Q D 平均值为l 2 ， 也属质量镊整的岩体，逮基本上代表了 以 北区域采坜岩体的实际情况。 2 ． 4 采场目前的回采状况 为保证选矿广1 5 O O ～1 7 O O t ／ d 的生 产能 力 ， 所 有 的 采 场 均 较 快 的 速 度 建 一 三山岛 盎矿 面临的采墒稳 定问 盟 于 寸 供蛉 t 邮犏曲l 蚋 维普资讯 充填循环过程。因为实际揭露的矿体厚度比 原勘探的矿体厚度窄且宽度不均匀，使原设 计的采场数量根本 能达到设计所需的回采 面积，现在的采场数量也剐能维持选矿的处 理能力。 现在的回采速度基本上是每年上升一个 分段 约1 5 m高度。一 1 5 0 m中段以上 采场 已上升至一 1 0 5 m分段回采，一 2 4 0 m中段 采场 已上升至一 2 1 0 m 分 段回采。最大的充填 体高 度已上升近5 0 m。各采场因采场面积和回 采 条件不同上升高度也不均衡。其 中1 ‘ 采场因 面积大、 造构发育， 使上采速度缓慢，1 9 9 3 年 底改为进路式采矿法后，采场生 产 能 力 由 2 5 0 t 下降至8 0 t ， 近一年时间才完成一个 分层 回采。5 。 采场顶板岩石破碎 、矿 岩 软 弱 面 多，顶板极不稳定，用一年多的时间才完成 切割层的回采。另外矿体窄小，位于F 破碎 带的2 0 1 。 、2 0 3 ’ 采场上采速度也 相 对 缓 慢 觅图1 。 3 采场出现的各种 不稳定现象分析 矿山 自投产 以来的生产实践证明，采场 出现的各种不稳定现象具有一定的区域性、 时间性特征，在不同地段、不同采场等条件 下其表现不同。按采场不稳定性所产生的现 象和原因可分为下列几类。 3 ． 1 构 造 控翩引起的采扬顶板楔形体 冒落 从图1 的采场划分可 以看出1 、2 。 、 5 ’ 、 1 0 8 等采场均位于F s 以北区段， 在此区域内， 既有含破碎带的断层，又有缓倾角节理。部 分断层受水冲刷，存在大量空洞，未冲刷的 破碎带多夹有泥质碎裂岩。节理 分 布 间 距 0 ． 2 ～1 m不等，形成了各种各样的不稳 定楔 形块体，使这部分采场顶板的最大稳定暴露 面积小于原设计采矿方法的要求。 这一区域的采场从开始 第一分层拉底至 今 已发生无数次的顶板冒落，造成了人身伤 亡和设备被砸坏事故，并且因画 采 条 件 恶 一 8一 劣，被迫多次提前结束回采，使大量矿产资 源浪费。1 ’ 采场北翼位于此区域的构造最集 中地带，见 图3 ， 也是稳定性最差的区段。在 此区段， 自第一分层回采时就开始丢矿，不 能按设计 回采矿石。至今此采场共回采 1 2 个 分层，仅在其靠近F 的部位，因矿体构造密 集，在上盘又贴近F ． 断层，每一分层均不能 回采到设计边界， 累计损失矿量3 5 3 0 0 余吨a 相当于矿山近一个月的选矿处理量，价值近 1 0 0 0 万元。此采场多个采层采矿 损 失 率 在 2 O 以上，最高达2 7 ． 3 8 ， 浪费了大量矿产 资源，影响了矿 山的经济效益。 因为大的不连续界面相互切割，使采场 发生楔形块体冒落和顶板冒落现象。1 0 8 采 场南翼和1 ‘ 采场相连，也属于不稳定顶板区 域，曾发生过近千吨的顶板冒落事件最大 冒落高度约l O m，最大块度选l O 余 米。 。图4 为一 1 0 5 1 0 8 一 2 采层回采时发生的大 冒 落 现 场实测图，当时此层刚开始回采，整个采层 南翼就因构造切割在 重 力 作 用 下 发 生 了 1 0 0 0 余 吨矿石大冒落，上一采层回采后安装 的1 0 余根长锚索大部分被拉断或松脱。 3 ． 2 充填体弹性模量较低而引起的上 盘 岩 体位移 随着 回采空区高度的增加，其充填体高 度也相应增大。由于充填休弹性模量和抗压 强度都很低，可压缩性好，其受压状态虽为 三维压缩，但变形仍然很大。在上盘断层破 碎带和上覆围岩的重力作 用 下， 岩 体 板 梁 的弯曲变形就很大，可能超过其挠度。 虽然在充填体中散布有弹模较高的点柱，并 且点柱在充填体的三维压力作用下，其高度 有所增加，但由于上盘 “ 岩体板梁”受构造 切割和施工破坏g l 起的不连续性 以及点柱受 施工破坏 、分层问错位、构造切 割 等 造 成 “ 岩体板梁”的下沉，使其弯曲变形过大而 发生折断。 “ 岩体板梁”支座回采分层的顶 板和上盘交界处则成为应力最集 中的部位， 极易在此处发生岩体破坏 这一原因引起的 有色矿 【 口 0 1 t 3 维普资讯 圈3 1 ‘ 采场北翼某采层工程地质条 件 及矿石损失区平面图 田4 1 0 5 1 0 8 2 采层冒落现场 及构造分布图 注图中阴影部分为冒落区 失稳现象在一 1 2 0 - 1 0 5 ‘ 一 6 采层 表现得可 谓 淋 漓尽致。 1 0 5 采场紧贴F 断层，整个矿体基本上 三山岛金矿面临的采场稳定问题付洪峥 邮编2 6 1 ,1 4 2 在F - 的下盘破碎带内 采场沿走向布置，回 采宽度仅为4 m，无点桂．在回采高度为4 0 m 时，采场发生大规模顶板冒落，冒落现场见 图5 。 1 5 2 0兰 洲 圈5 1 2 0 1 0 5 “ - 6 采层顶板冒落剖面图 冒落情况冒落厚度0 ． 3 ～0 ． 5 m ，首 次 冒落后顶板平整， 上盘拱角岩石呈压状碎碎 ， 下盘拱角为明显折断痕迹， 冒落长度 约2 0 m， 冒落前无前兆，以后多次冒落，冒落高度逐 渐增加，直到F 断层以上围岩出嚣，形成拱 一 日一 维普资讯 形后稳定。 3 ． 3 原岩应力和次生应力问题 愿岩应力测量和工程地质力学分析 的结 果表明，矿 区主应力是水平应力，且垂直矿 体走向，这不利于沿走 向布置的采场稳定， 由地应力显现引起过多起采场顶板冒落和矿 柱失稳事故。此类采场 冒落多发生在顶板太 面积暴露以后，在下盘顶板 出现开裂，随开 裂加大，发生大面积顶板垮落。冒落矿岩 呈 片状，边缘厚度不超过5 0 mm， 中部较厚。 矿柱的破坏也是在岩石较完整的条件下，因 超挖使矿柱断面变小，不足以支撑顶板压力 而出现压裂破坏。 图6 为 一 1 0 5 3 - 2 采层1 5 0 3 ‘ 点柱被压裂破坏的侧面图。此矿柱因施工趣 挖，沿走向方向展小宽度仅剩2 ． 8 m。 兵 豳6 1 0 5 3 2 采层 1 5 0 3 点柱 下盘柱面开裂 图 8 。 采场也曾出现过多次大 冒落，最近一 次顶板开裂后在采场 4 个点柱中间3 0 0 多米。 的范围内发生大面积冒落。 3 ． 4 F ， 断 层影响带内窄小矿体的上盘失稳 矿区南翼矿体较窄， 数矿 体 分 布 在 F ， 断层下盘的断层影响带内，矿体上盘边界 是F 断层的断层泥 。 这部分矿体 厚2 2 0 m， 多数为5 m左 右。 基率上采用沿走向的水平 充 填采矿法和进路法开采。为了尽可能多的回 收资源，这些采扬 上盘护硬矿设计得较薄， 甚至不留护顼矿带。由于破碎带影响，加上 矿 休较缓，处于两个分层之 阅所形成 的上盘 三角形矿休就授岛脱离断层泥，导致断层泥 一 1 O一 大面积露出，引起F 上盘碎裂岩的冒落，如 图7 所示，经常造成采场分层废弃 ， 致使大量 丢矿。 博 菪匿 。＼ 、 圉7 F 。 下盘窄小矿体上盘冒落剖面图 4 结语 综上所述，三山岛金矿现在开采区段面 临着一系列的采场岩体稳定问题，应分别采 用不同措施加以控镧和预骑。 1 加强技术 、 施工组织和安全管理。 对于椅造分布集中区，严格按光面爆破工艺 要求施工， 保证顶板平整； 根据工程地质条件 和采场分布情况，严格控甜相邻采场的上升 高度差和采场内矿石的回采顺序，以阕整应 力的再分布J控制顶板的设计高度，注意处 理顶板浮石，杜绝上盘超挖，保证上 盘 岩 体板梁”的完整性，提高其抗变能力，提高 充填尾砂的浓度，增加泄永 设 慈，避 免 离 斩；增加充填体的强度，提高充填体对矿柱 和上盘围岩的支撑能力。 2 加强采场顶板支护，提高支 护 质 量。严格按锚杆网度加固顶板，保证锚杆安 设质量，将现用的点锚固的涨壳式锚杆改为 全长锚固和点锚固相结台的楔管式锚杆。对 于构造发育区和矿体上盘，特别是大曲楔形 块体冒落区推行长锚索和短锚杆联合支护。 矿山曾发生过因为锚杆支护施工工艺变更不 合理和锚杆质量不好 【 起支护质 量下降而诱 有色矿 l 0 e T ． 3 维普资讯 。大洋采矿气力 提升特性的试 验研箢 ／ ， 霉 7 。 北京有 色冶金设计研究总院章炜 _●一 【 摘要】 试验表明． 气力提升特 性与 提升营内 三相流的 嚣 c 型蘩密相 关． 只有 当供气量足以 使三 相魂构巍型保持圃状巍、KT a y l o r 见正交充分显展的条停下。才台 岜 达到最大的提升量和最高的提 升效率．文中 连着重对气力提升的最隹工况进行了探讨．得出不同运行条件下的一般规律．井建立了练 萤 气力提升是近二十多年来世界各国研究 较 多 的 一 种开采大洋多金属结核的扬矿方 法。为了突破我国在大洋采矿的试验研究方 面尚未起步的局面，我们建成一套小型提升 试验系统，并开展了气力提升试验 本文根 据部分试验资料对气力提升特性及其最佳工 况进行了探讨。 i 研究现状 气力提升法源于1 8 世纪末 1 7 9 7 年德 国学者L 6 s c h e r 的室内试验。对大洋采 矿的 气力提升研究较多的是美国，德国和日本。 美国经过了大量 室内试验后，于7 O 年代在太 平洋进行了中问试 验。德 国学 者We b e r 和 D e d e g i l 不仅进行了大量室内 试验，还 利 甩 4 4 2 m深的煤矿井进行 试 验。1 9 8 4 年，日本 公害资源研究所建成了一套大型的提升试验 ； 设备，其竖井深2 0 0 m ，直径1 ． 锄 ，并 且 计 划l 9 9 7 年在太平洋C - C 区日本 申请的矿区进 行 中间试验。 大量的陆上和海域试验表明，气力提升 用于开采大洋多金属结核基本上是有效的， 但其生产率远束达到工业化开采的要求，不 少问飚尚待进一步研 究。 2 试验条件 试验系统见图1 ，提升管直径5 2 ． 8 5 ram， 提升高度3 5 0 ． 4 c m，进气口中心到提 升管出 日的距离为2 3 2 ． 9 e ra，进气 日 中心到地面的 距离为1 1 7 ． 5 c m。 试 验 的 固 体 颗 粒 为 煤 粒 ， 密 度 P 。 1 3 6 5 k ／ m 。 基本上为均匀颗粒，其平均 粒径d。 4 mm。 试验通过转予流量计测量气体流量，利 mm“ ■m玎 ■“ ■mm， “ ” ●， ， m“ ■ mmm“ ， H m啪mmmm● ， ■ 发的采场磺板失稳。 3 针对不同区段具体情况改 变 采坜 结构，变更采矿方法。原设计的采场结构不 能完全适应矿山现在复杂的工程地质力学条 件，应根据不同的采场稳定情况，适当变更 采场的矿柱 问距 、矿柱尺寸和形状以及回采 高度和护顶矿体厚度。对于采用点柱式水平 充填采矿法开采的采场，因矿岩稳定性而开 采困难时，应寻找与其相适应的新采矿法， 以保证在矿岩稳定的情况下多回采矿石。现 在该矿山已开始在部分矿岩不稳定的采场进 行进路式水平克填采矿法的试验工作。 目前矿山出现的矿岩不稳定问题 还仅仅 局限在采场稳定的范畴内，但如果这些问题 不解决，势必引起由采场稳定问题转为矿区 稳定问题。对三山岛这种滨海矿山来说，如 果失稳，将产生灾害性的后果。 大洋采矿气力提升特性的试啦研究一李帏 邮编t o o o 3 s 莲 一 ， 触 维普资讯