西太平洋深海沉积物的物理力学性质初探.pdf

西太平洋深海沉积物的物理力学性质初探 ① 于彦江１，２，３， 段隆臣１， 王海峰２，３， 段 虓２，３， 朱坤杰２，３ （１．中国地质大学（武汉） 工程学院，湖北 武汉 ４３００７４； ２．国土资源部海底矿产资源重点实验室，广东 广州 ５１００７５； ３．中国地质调查局 广州海洋 地质调查局，广东 广州 ５１００７５） 摘 要 针对从西太平洋海底获取的 ２０ 个深海沉积物柱状样品进行了涂片鉴定，确定了沉积物类型；对 ２ 个柱状样品进行了现场 土力学测试分析，获得沉积物的天然含水率、天然密度、微型贯入阻力和扭力抗剪强度等物理力学性质。 结果表明研究区海底 １０ ｍ 以浅的深海沉积物类型单一，以含沸石粘土和深海粘土为主；沉积物物理力学性质与沉积物类型基本一致，二者之间表现出良 好的一致性；但受控于沉积速率、沉积物源及环境因素影响，其内部规律较为复杂，有待进一步探讨。 关键词 深海沉积物； 沉积物类型； 土工测试； 物理力学性质 中图分类号 Ｐ７３６．２１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０５．００１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０５－０００１－０４ Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｄｅｅｐ⁃ｓｅａ Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ｐａｃｉｆｉｃ ＹＵ Ｙａｎ⁃ｊｉａｎｇ１，２，３， ＤＵＡＮ Ｌｏｎｇ⁃ｃｈｅｎ１， ＷＡＮＧ Ｈａｉ⁃ｆｅｎｇ２，３， ＤＵＡＮ Ｘｉａｏ２，３， ＺＨＵ Ｋｕｎ⁃ｊｉｅ２，３ （１．Ｆａｃｕｌｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ （Ｗｕｈａｎ）， Ｗｕｈａｎ ４３００７４， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍａｒｉｎｅ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｌａｎｄ ａｎｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００７５， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ； ３．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｍａｒｉｎｅ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ， Ｃｈｉｎａ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｕｒｖｅｙ， Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１００７５， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｆｏｒ ２０ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅａｆｌｏｏｒ ｏｆ ｗｅｓｔｅｒｎ Ｐａｃｉｆｉｃ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｍｅａｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ． Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｅｓｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ２ ｃｏｌｕｍｎａｒ ｓａｍｐｌｅｓ ｏｎ ｓｉｔｅ， ｗｉｔｈ ｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｄｅｎｓｉｔｙ， ｍｉｃｒｏ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｔｏｒｓｉｏｎ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｅｅｐ⁃ｓｅａ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｔｙｐｅ， ｂｅｉｎｇ ｕｎｉｆｏｒｍ， ｉｓ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｔｅｌｙ ｚｅｏｌｉｔｅ ｃｌａｙ ａｎｄ ｐｅｌａｇｉｃ ｃｌａｙ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ １０ ｍｅｔｅｒｓ ｄｅｅｐ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｅａｆｌｏｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ａ ｇｏｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｔｙｐｅ． Ｄｕｅ ｔｏ ｂｅｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｅｄ ｂｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｒａｔｅ， ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒｓ， ｔｈｅ ｄｅｅｐ⁃ｓｅａ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ａｐｐｅａｒｓ ｔｏ ｈａｖｅ ａ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｃｏｍｐｌｅｘ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｔｓ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ｗｈｉｃｈ ｒｅｍａｉｎｓ ｆｏｒ ｆｕｒｔｈｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｄｅｅｐ⁃ｓｅａ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ； ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｔｙｐｅｓ； ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｔｅｓｔ； ｐｈｙｓｉｃｏ⁃ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 深海沉积物一般指水深大于 ２ ０００ ｍ 的海底松散 沉积物质［１］，包括陆源物质、海洋生物来源物质、海洋 自生物质和海底火山物质等多种组分。 受到水深、位 置、构造活动等多重因素的影响，不同区域、不同类型 沉积物的成分差异明显［２］。 深海沉积物广泛分布于 大洋海底，记录着深海环境的变化过程，在海洋沉积过 程和构造演化、古海洋学、古地磁学、海底矿产资源勘 探和深海海洋工程等方面都有着重要的研究应用价 值［２－４］。 目前，获取深海沉积物样品的主要手段有箱 式取样、抓斗取样（包括可视抓斗）、多管取样、重力柱 状取样以及重力活塞取样等。 １ 研究区概况 研究区位于西太平洋马里亚纳海沟以东的海山间 盆地（如图 １ 所示）。 除有部分海山起伏外，海底总体 地势比较平坦，水深基本介于 ５ ０００～６ ０００ ｍ 之间［５］。 研究区纬度较低，海况条件相对较好，处于赤道辐 合带北部边缘与副热带高压南侧之间，属于热带海洋 ①收稿日期 ２０１６－０３－２２ 基金项目 国土资源部海底矿产资源重点实验室开放基金（ＫＬＭＭＲ－２０１５－Ｂ－０１） 作者简介 于彦江（１９８３－），男，河南西平人，高级工程师，博士研究生，主要研究方向为海洋地质勘查技术方法研究。 通讯作者 段隆臣（１９６７－），男，江西都昌人，教授，博士研究生导师，主要从事岩土钻掘技术方法及工艺方面的研究和教学工作。 第 ３６ 卷第 ５ 期 ２０１６ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１６ 万方数据 气候，盛行风向为 ＮＥ⁃Ｅ 向，风力一般为 ４～５ 级，海浪 以偏东向的涌浪为主，平均涌浪波高１．５９ ｍ，有时受北 部高压影响涌浪较大。 一般 ３～１０ 月海况条件较好， 适合调查作业。 图 １ 研究区地理位置示意 ２ 取样设备 大型重力活塞取样器（如图 ２ 所示）利用杠杆原理 释放取样器，可以在预留主缆长度之内加速向下插入沉 积物，同时与平衡杆相对位置固定的活塞可以起到抽吸 沉积物的作用，抵消沉积物与取芯管之间的侧壁摩擦 力，从而获取较长的柱状沉积物样品。 重力头和取样 管之间采用锥螺纹连接，取样长度可根据需要进行装 配，常用装管长度 ９～１５ ｍ，样品管内径为 ７１ ｍｍ，取样 器总重 ８００ ｋｇ。 图 ２ 大型重力活塞取样器 ３ 样品处理及测试 ３．１ 样品处理 根据现场测试需要，对获得的柱状样品进行处理 ① 样品管按１ ｍ 长度截取。 ② 对所有２０ 站柱状沉积 物样品，在每段样品顶部用牙签挑取少量样品，制作涂 片以鉴定沉积物类型。 ③ 选取 ２ 个站位沉积物柱状 样剖开，半管保留，另半管间隔 ２５ ｃｍ 进行土工分析。 ④ 间隔 ２５ ｃｍ 取样后烘干，进行含水率及 Ｘ 荧光地球 化学元素测试，管内剩余样品保留。 图 ３ 现场剖开的柱状沉积物样品 ３．２ 涂片鉴定 涂片鉴定半定量分析深海沉积物中的粘土、钙质 生物、硅质生物含量，据此划分沉积物类型［２］。 具体 方法如下先用清洁牙签取少许沉积物放于载玻片上， 加几滴蒸馏水，用牙签轻轻涂刮样品，使其分布均匀。 风干后，将熔化的冷杉胶均匀涂抹于沉积物上，盖上盖 玻片，尽可能挤出气泡等可能会干扰命名的物质。 最 后，利用偏光显微镜对各涂片进行粒度组分、生物和非 生物组分鉴定［２，４］。 ３．３ 土工测试分析 土工测试设备包括 ＥＬ ２６－２６６１ 型便携式剪切仪、 ＰＳ－ＭＰＴ－Ａ 微型贯入仪、ＢＰＧ－９１５６Ａ 型精密鼓风干 燥箱、ＪＹＴ－５ 型架盘药物天平等［５］。 根据国家标准 土工试验方法标准（ＧＢ／ Ｔ ５０１２３－１９９９）和中国工 程建设标准化协会标准袖珍贯入仪试验规程进行 各项物理性质和力学性质指标的现场测试分析。 ４ 沉积物的物理力学性质 ４．１ 沉积物类型 本次研究从西太平洋海盆共获得 ２０ 个柱状沉积 物样品，样品长度 ６．２２～１２．９５ ｍ（见表 １），在现场对沉 积物柱样截面顶、底端及取样器刀口样品进行涂片鉴 定（见图 ４）。 涂片鉴定结果显示，柱样中沉积物类型 较为均匀，可分为深海粘土、含沸石粘土、硅质粘土和 钙质软泥等。 此外，涂片中还含可见微结核、鱼牙骨、 生物残渣及硅质碎屑。 该研究区沉积物颜色、质地均 一，无味。 表层沉积物含水率较高，弱粘性，往下含水 率降低，呈强粘性，主要为深海粘土和含沸石粘土，根 据沉积物组分差异主要分两层或三层，甚至四层，但整 体岩性变化不大。 ２矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 表 １ 深海沉积物样品统计表 测站 名称 水深 ／ ｍ 样品长度 ／ ｍ 沉积物类型样品描述 Ｗ０５９５ ６８９６．２２含沸石粘土 ０～２５０ ｃｍ，褐色，颜色、质地均一，无味。 表层沉积物含水率较高，弱粘性，沉积物手搓颗 粒感较强。 ２５０～６２２ ｃｍ，深褐色，颜色、质地均一，无味，呈强粘性，手搓略有颗粒感 Ｗ０６０５ ７２７７．４２含沸石粘土同上，分为 ０～２４８ ｃｍ 和 ２４８～７４２ ｃｍ 两层 Ｗ０６１５ ６５０８．０５含沸石粘土同上，分为 ０～４５０ ｃｍ 和 ４５０～８０５ ｃｍ 两层 Ｗ０６２５ ６５２８．０５含沸石粘土同上，分为 ０～２８０ ｃｍ 和 ２８０～８０５ ｃｍ 两层 Ｗ０６３５ ６４５１２．９５含沸石粘土同上，分为 ０～５９０ ｃｍ 和 ５９０～１ ２９５ ｃｍ 两层 Ｗ０６４５ ５９３８．３３深海粘土和含沸石粘土同上，分为 ０～３５０ ｃｍ 和 ３５０～８３３ ｃｍ 两层 Ｗ０６５５ ５６９７．５２含沸石粘土同上，分为 ０～４００ ｃｍ 和 ４００～７５２ ｃｍ 两层 Ｗ０６６５ ５６６７．３０含沸石粘土同上，分为 ０～４００ ｃｍ 和 ４００～７３０ ｃｍ 两层 Ｗ０６７５ ３３０７．４０含沸石粘土同上，分为 ０～５０ ｃｍ 和 ５０～７４０ ｃｍ 两层 Ｗ０６８５ １６３８．０２含沸石粘土同上，分为 ０～３５０ ｃｍ 和 ３５０～８０２ ｃｍ 两层 Ｗ０６９５ ３８７７．９７含沸石粘土同上，分为 ０～４０５ ｃｍ 和 ４０５～７９７ ｃｍ 两层 Ｗ０７０５ ７１３８．０４含沸石粘土同上，分为 ０～５０ ｃｍ 和 ０～ ～８０４ ｃｍ 两层 Ｗ０７１５ ６８５８．４４含沸石粘土同上，分为 ０～５５４ ｃｍ 和 ３５０～８４４ ｃｍ 两层 Ｗ０７２５ ７３４８．０８硅质粘土和深海粘土同上，分为 ０～４１５ ｃｍ 和 ４１５～８０８ ｃｍ 两层 Ｗ０７３５ ８１３９．３８深海粘土和含沸石粘土 褐色，颜色、质地均一，无味。 表层沉积物含水率较高，弱粘性，沉积物手搓颗粒感较强，往 下含水率降低，呈强粘性 Ｗ０７４５ ８６９６．２７深海粘土 ０～２５ ｃｍ，黄褐色，颜色、质地均一，无味。 表层沉积物含水率较高，弱粘性，沉积物手搓无 颗粒感。 ２５～２３７ ｃｍ， 浅褐色，手搓有颗粒感，肉眼可见黑色玄武岩屑及浅色沙砾。 ２３７～ ６２７ ｃｍ，黄褐色，颜色、质地均一，无味。 强粘性，沉积物手搓无颗粒感 Ｗ０７５５ ９１５８．０７含硅质粘土和深海粘土同 Ｗ０５９ 站位，分为 ０～４２２ ｃｍ 和 ４２２～８０７ ｃｍ 两层 Ｗ０７６６ ０８５８．２１深海粘土同 Ｗ０５９ 站位，分为 ０～１６０ ｃｍ 和 １６０～８２１ ｃｍ 两层 Ｗ０７７６ ０８５８．０５深海粘土和钙质软泥同 Ｗ０５９ 站位，分为 ０～４３０ ｃｍ 和 ４３０～８０５ ｃｍ 两层 Ｗ０７８６ ０９１８．０４深海粘土和钙质软泥 ０～１８０ ｃｍ，灰褐色，颜色、质地均一，无味。 表层沉积物含水率较高，粘性较强，沉积物手 搓无颗粒感。 １８０～４００ ｃｍ， 灰白色，颜色、质地均一，无味，弱粘性，手搓无颗粒感。 ４００～ ５５０ ｃｍ，黄褐色，手搓无颗粒感，强粘性。 ５５０～８０４ ｃｍ，灰白色，颜色、质地均一，无味，弱 粘性，手搓无颗粒感 图 ４ 不同岩性的涂片鉴定照片 （ａ） 含沸石粘土（Ｗ０６６ 站位）； （ｂ） 硅质粘土（Ｗ０７２ 站位）； （ｃ） 深海粘土（Ｗ０７４ 站位）； （ｄ） 钙质软泥（Ｗ０７７ 站位） ４．２ 沉积物的物理力学性质 现场对 Ｗ０６２ 和 Ｗ０６８ 两个站位进行了沉积物土 工测试，测试前将样品外管对半剖开，获得一个竖向的 平整面，在这个面上每 ２５ ｃｍ 测试一组数据，进行了天 然含水率试验、天然密度试验、微型贯入阻力试验及扭 力十字板剪切试验 ４ 个项目的测试。 ４．２．１ 天然含水率 沉积物天然含水率如图 ５ 所示。 从图 ５ 可知 Ｗ０６２ 站位天然含水率变化范围为 １３３．７％ ～１７８．２％， 平均１５７．０％；Ｗ０６８ 站位天然含水率变化范围为 １３８．７％～ １７５．８％，平均 １６０．２％。 该研究区两个站位的天然含水 率总体特性一致都具有高含水率，随深度增加略有波 动，变化范围较小。 另外，与近海沉积物百分之几十的 含水率［６－７］相比，研究区内深海沉积物含水率要高得多， 9/;5                                 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 40080120160200 9,cm   W062 W068                                 图 ５ 沉积物天然含水率 ３第 ５ 期于彦江等 西太平洋深海沉积物的物理力学性质初探 万方数据 具备大洋沉积物高含水率的特点［８］。 ４．２．２ 天然密度 沉积物天然密度如图 ６ 所示。 从图 ６ 可知，Ｗ０６２ 站位沉积物密度１．１６～１．３８ ｇ／ ｃｍ３，平均密度 １．２５ ｇ／ ｃｍ３； Ｗ０６８ 站位沉积物密度为 １．１８ ～ １．３４ ｇ／ ｃｍ３，平均为 １．２５ ｇ／ ｃｍ３。 该研究区两个站位的天然密度总体特性 一致密度均较小；随深度增加，密度略有减小，但总体 变化不大，这与沉积物质地均一的现场描述相符。 另 外，与近海沉积物平均天然密度接近 ２．０ ｇ／ ｃｍ３相 比［６－７］，研究区内深海沉积物的密度要小的多，具备大 洋沉积物低密度的特点［８］。 .9E4kPa                                 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 500100150 9,cm  W062 W068                                  图 ７ 沉积物微型贯入阻力 站位变化范围 ２５～１０２ ｋＰａ，平均为 ６９ ｋＰａ。 贯入阻力 随深度变化明显，表层较软弱，随深度增加而显著提 高，大致成线性关系，在 ５ ｍ 左右达到一个最大值，之 后有些波动。 ４．２．４ 扭力抗剪强度 沉积物扭力抗剪强度如图 ８ 所示。 从图 ８ 可知， Ｗ０６２ 站位抗剪强度 ３．６～１２．０ ｋＰａ，平均 ６．８ ｋＰａ；Ｗ０６８ 站位抗剪强度 ２．６～１１．７ ｋＰａ 之间，平均为 ７．６ ｋＰａ。 扭 力抗剪强度值随深度增加而提高，也大致成线性关系。 74208,kPa                                 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 501015 9,cm  W062 W068                                  图 ８ 沉积物扭力抗剪强度 从图 ７ 和图 ８ 可知，抗剪强度的数值与贯入阻力 明显呈正相关。 沉积物的抗剪强度与贯入阻力等力学 性质的竖向变化是由于饱和软粘土随时间推移颗粒间 粘聚力增加引起的。 ５ 结 论 １） 研究区的沉积物类型主要为深海粘土和含沸 石粘土两类，分布较为均匀。 根据沉积物组分差异一 般分为两层或三层，但整体岩性变化不大。 ２） 研究区的深海沉积物具有远洋沉积物的特 性 高含水率、低密度、高压缩性、低强度。 ３） 深海沉积物表层土质较软，在一定深度内力学 性质随深度线性增加，达到峰值后在一定范围内波动。 不同物质组成、土颗粒的粒径差异等因素造成了土结 构的不同，进而导致了力学性质变化的复杂性。 致 谢 对“海洋六号”船 ２０１５ 年大洋科学考察航次的全 体科考队员给予本文的支持和帮助表示衷心感谢 参考文献 ［１］ 张富元，章伟艳，张霄宇，等． 深海沉积物分类与命名的关键技术 和方案［Ｊ］． 地球科学⁃中国地质大学学报， ２０１２，３７（１）９４－１０４． （下转第 ９ 页） ４矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 根据模拟开采结果及上述分析，就隔离矿柱厚度对 采场稳定性而言，２０ ｍ 厚度的隔离矿柱即可满足要求。 ３．３ 分 析 综上数值模拟分析结果可以看到，当隔离矿柱厚 度为 １５ ｍ 时，选厂区域地表监测点的垂直位移值较 大，隔离矿柱中塑性区域面积较大，充填采场和隔离矿 柱的安全系数也较其他两种厚度方案低，一旦发生较 大扰动，可能危及采矿生产的安全。 当隔离矿柱厚度 为 ２０ ｍ 时，选厂区域地表监测点的垂直位移值不大， 隔离矿柱中塑性区域面积较小，充填采场及隔离矿柱 的安全系数较高，能够保证采矿生产的安全。 当隔离 矿柱厚度为 ２５ ｍ 时，选产区域地表监测点的垂直位移 值很小，隔离矿柱中塑性区域面积较小，充填采场和隔 离矿柱的安全系数高，采矿生产活动的安全能够保证。 一般而言，在能够满足安全要求的前提下，选取经 济上最优的方案。 在隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 和 ２５ ｍ 时，就回收矿产资源角度而言，隔离矿柱为 ２０ ｍ 可多 回收铁矿石 ２６．２４ 万吨，可为企业多创造经济效益。 因此程潮铁矿回收保安矿柱的充填法和回收塌陷坑下 矿体的无底柱分段崩落法之间衔接区域预留 ２０ ｍ 厚 度的隔离矿柱为最优。 ４ 结 论 程潮铁矿采用无底柱分段崩落法回收塌陷区下矿 体和采用充填法回收选厂下保安矿柱时会面临两种采 矿方法衔接区域相互影响的问题，为了减弱该影响需 要在衔接区域设置隔离矿柱，隔离矿柱的合理厚度关 系着地表选厂以及充填采场的安全，经过对不同厚度 隔离矿柱下地表垂直位移以及充填采场安全性的数值 模拟分析，可以得到以下结论 １） 隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 选厂区域地表的垂直位 移值较小，且充填采场的安全性能够得到保证，与厚度 为 ２５ ｍ 的隔离矿柱相比可提高出矿量，增加经济效 益，因此应将隔离矿柱的合理厚度设置为 ２０ ｍ。 ２） 在隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 时充填采场及隔离矿 柱的塑性区域较小，隔离矿柱中安全系数在 １．８～２．２ 之间，但是在与无底柱分段崩落法交界面之间存在个 别区域安全系数小于 １；采场安全系数在 １．８～２．２ 之 间，采场上部已充填完成的区域安全系数在 １．２～１．８ 之间。 能够满足安全要求，但是还应该合理安排出矿 计划，防止在衔接区域单次爆破量过大产生强地震冲 击波对隔离矿柱以及充填采场的安全性造成威胁。 ３） 本文采用有限元的方法进行数值模拟，得到的 结果与实际可能会有一定的差异。 由于程潮铁矿两种 采矿方法联合开采衔接区域预留的隔离矿柱类型可借 鉴的经验模型较少，因此在实际运用时可将本研究作 为借鉴，但还应该结合采矿实际情况对隔离矿柱的厚度 进行更合理地取值，以期达到更经济、安全的结果。 参考文献 ［１］ 赵忠权，陈红刚． 同一采场多种采矿方法的联合应用［Ｊ］． 中国锰 业， ２０１１，２９（２）４３－４６． ［２］ 朱先艳，杨庆雨，李兴平． 浅眼留矿与向上水平分层充填法联合开 采试验与应用［Ｊ］． 金属矿山， ２００９，１１（５）１９９－２０３． ［３］ 刘洪磊，杨天鸿，许宏亮，等． 桓仁铅锌矿隔离矿柱留设方案模拟 研究［Ｊ］． 地下空间与工程学报， ２０１２，８（４）７８５－７９０． ［４］ 曾令义，潘 东． 崩落法转充填法隔离层安全厚度的确定［Ｊ］． 矿 冶工程， ２０１５，３５（４）１７－２０． ［５］ 陈育民，徐鼎平． ＦＬＡＣ／ ＦＬＡＣ３Ｄ基础与工程实例［Ｍ］． 北京中国 水利水电出版社， ２００９． ［６］ 廖秋林，曾钱帮，刘 彤，等． 基于 ＡＮＳＹＳ 平台复杂地质体 ＦＬＡＣ３Ｄ模型的自动生成［Ｊ］． 岩石力学与工程学报， ２００５，２４ （６）１０１０－１０１３． ［７］ 姚高辉． 金属矿山深部开采岩爆预测及工程应用研究［Ｄ］． 武汉 武汉科技大学资源与环境工程学院， ２００８． ［８］ 陈顺满，许梦国，王 平，等． 某铁矿挂帮矿开采对地表拦洪坝的 影响［Ｊ］． 金属矿山， ２０１４（２）１５０－１５３． ［９］ 徐文彬，宋卫东，杜建华，等． 崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定 性分析［Ｊ］． 北京科技大学学报， ２０１３，３５（４）４１５－４２１． ［１０］ 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