缓倾斜层状矿体崩落步距的 &+,-. 稳定图方法研究.pdf

第 “ 卷第 期 “ 文献标识码 文章编号 “3 A3“（856 /*96- K1LCEF 8M1KCEF 1EN -OM8-N 1/-1 I/ 56- I15 CEKCE-N 12-/-N /-P.N2 718 K1//C-N 05 .2 56- 4156-78 851.CC52 F/1M6 Q-56N，56- /-8058 867-N 56C8 Q-56N C8 Q/- 0ECL-/812 5 5/1NC5CE1 Q-56N8 80K6 18 -185CK .-1Q Q-56N* A-B .CD/,15 CEKCE-N /-P.N24156-78 851.CC52 F/1M6 Q-56NG1LCEF 8M1KCEFROM8-N 1/-1 JI ｛ST 收稿日期 A ; A “ 作者简介李爱兵（“U3 A ） 高级工程师主要从事矿山 岩石力学方面的研究工作 对缓倾斜层状、顶板岩层不够稳定的矿体 （如煤层、石膏矿等） ，在采用崩落法开采时，为 控制和管理采场地压，随着采矿工作面的推进，应 有计划周期性的崩落采场顶板围岩充填采空区，在 回采工作面附近采用放顶距和控顶距控制顶板的稳 定性，即正确选用一定的悬顶距或崩落步距来达到 对顶板稳定性的控制，确保采矿的安全生产。在对 崩落步距的确定上，由于影响因素多且复杂，一般 是进行简化处理后，采用的分析方法有经验类比 法、弹性地基梁方法、弹性板理论、砌体梁理论 等，各方法都有一定的适应范围和情况。 本文将在金属矿山空场法、崩落法研究中较广 泛采用的一种分析方法 4156-78 稳定图方法， 应用于对缓倾斜层状矿体崩落开采的崩落步距以及 崩落面积的研究中，开辟了一种确定崩落步距新的 方法。 EF 4156-78 稳定图方法简介 4156-78 稳定图方法是一种相对简单、理论上 并不严密而基于实践的岩石分类系统，在加拿大矿 山设计中已经成为空场采矿设计的工业标准，该法 在加拿大以外的矿山中正越来越多地得到应用。该 方法已由众多的矿山实践实例所证实，是一种实用 的设计分析方法。目前，该方法不仅用于空场法的 设计，而且用于对一般的地下开挖工程的设计中， 已用于崩落法开采矿山的可崩性研究。 如图“ 所示，根据大量新增的实例资料，采用 对数回归的方法，对稳定区、大破坏区等进行了重 新定义，在采用对数坐标系后各不同的区带间，可 用平行的直线表示，并使其可以应用于崩落法开采 的矿山的可崩性研究。 4156-78 稳定图方法的设计过程，以两个因子 稳定数 和形状因子（或水力半径）“ 的计 算为基础，然后将这两个因子绘制在划分为预测稳 定区、潜在不稳定区和崩落区的图上。稳定数代表 岩体在给定应力条件下维持稳定的能力，形状因子 或水力半径 “ 则反映了采空区尺寸和形状。 待分析的采场帮壁或采空面的形状因子 V 按下 式计算 “ W 待分析帮壁或采空面的横截面积 X 待分析 中 国 矿 业第 “ 卷 图 “ 9 765 （8 ; 9） 165 / 若 8; 96 1 节理方向调整参数，取决于关键不连续 节理面方向与待分析面方位间的差值（图 ） 。 ’ 1 重力调整因子，与重力作用下的待分析 采空面的破坏模式如顶板冒落、片帮、帮壁 下滑等有关（图 ） 。 图 “ 确定 *,-. 稳定数的调整因子 *-A.BC 通过对收集到的 DEF 组采用 *,-. 方法的矿山实例资料的统计分析，其目的 在于对采用 *,-. 方法的实例矿山是否稳定、破 坏与大量破坏、崩落的概率进行预测。采用对数回 归的方法，以稳定、破坏与大破坏、崩落矿山实例 所占的百分数为回归方程的概率，分别对 、、 、、’ 系数的回归分析的因子，分析结果认为 以 、 指标所建概率密度函数模型与实例概率的 结果符合较一致（图 F） ，因此采用 、 的模型 进行概率的预测，其表达式为 * “ 5 G“6F 5 DDHB2 , 65 HGEB（） - “ , .* （F） 式中/ * 预测的对数几率值； - 预测的对数概率值； 水力半径； 稳定数。 图 “ 概率密度函数 “ 实例分析 河北某石膏矿岩层与地质构造较为简单，地面 地形平坦，地层主要有第四系覆土、下第三系沙河 街组四段灰紫、灰白、棕红等杂色泥岩类、砂岩类 夹膏岩之地层，该矿床自上而下共划分 D 个矿体， 其中的 H 1 号石膏矿层为该矿主要的首采矿层。 石膏矿体埋深在 F6 I FE6’ 间，顶底板分别为含 膏泥岩或贫石膏矿，平均厚度 ’，倾角为 6 I J。因为围岩的稳定性较差，曾在开采过程中产 生了不同程度的顶板冒顶塌方事故，造成石膏矿体 开采的回收率较低。经研究确定后，采用分层矿房 嗣后崩落的采矿方法（图 D） ，先沿矿体的走向方 向开掘 D I ’ 的矿房进路后，根据矿体赋存埋深 和厚度，采场留间断式矩形或连续矿柱支撑顶板。 待采到满足崩落步距时将矿柱崩塌后，使顶板自行 冒落，充填采空区，达到控制地压的目的。 按 系统分级的方法对该石膏矿顶板的泥岩、 石膏矿体进行了分类，其分析结果为泥岩 7 E“ 第 期李爱兵缓倾斜层状矿体崩落步距的 “’ 稳定图方法研究 图 “ 典型的采矿方案图 *；石膏矿体 , - *.。根据该研究结果且对 值进行了地应力影响因素设为 / 后泥岩、石膏 矿体的 值修正值为泥岩 ’,/- .；石膏矿体 ’,/. -*.。 根据对该石膏矿的有限元稳定性分析，在采场 顶板中间诱生的最大压应力值一般为 0“ ； 矿区构造与节理调查和目前的顶板破坏情况等都表 明，该矿的顶板为层状结构，采场矿体的倾角为 / 1 /，采场沿倾向方向的角度即为 / 1 /。 因此，对 该 石 膏 矿 的 直 接 顶 板 岩 石 泥 岩，按 ’* 方法进行分析时相应的因子值分别为泥 岩 , , --，石膏矿体 , , .，- , .，. , / /.。故按（/）式可得，该石膏矿的稳定数泥 岩 / ,/ *2，石膏矿体 / ,0 0。 对应于图 / 知该矿的保持顶板稳定的水力半 径 0/、顶板产生大破坏时的水力半径 0分别为 泥岩0/,-，0,*；石膏矿体0/,.，0,/。 对该石膏矿而言，开采各阶段的稳定、破坏与 大破坏、崩落的概率值由（） 、 （-）式和图 - 的 预测结果见表 /。 表 “ 矿块各开采阶段的稳定、破坏与大破坏、崩落概率值 序 号开 采 阶 段面积（3）水力半径 0（3）概 率 泥 岩 /斜长4-3；宽度 43-*5 54稳定 4.；破坏与大破坏 -. 斜长4-3；宽度/3*.4. 0稳定 ；破坏与大破坏 5 -斜长4-3；宽度/53//-0*稳定 /；破坏与大破坏 55 0斜长4-3；宽度4-3-242/. *.稳定 .；破坏与大破坏 2. .斜长4-3；宽度/43*2-5/稳定 ；破坏与大破坏/ 石 膏 矿 体 4斜长4-3；宽度/3*.4. 0稳定 ..；破坏与大破坏 0. *斜长4-3；宽度-3/52/ /4稳定 /4；破坏与大破坏 50 5斜长4-3；宽度-230.*/ 0稳定 /；破坏与大破坏 55 2斜长4-3；宽度53.0/* 4稳定 .；破坏与大破坏 2. /斜长4-3；宽度/43*2-5/稳定 -；破坏与大破坏 2* 6 6 从表 / 和按图 0 设计的采矿方案图在斜长 4-3 时可知，该石膏矿开采其顶板一般为泥岩，对泥岩 的控顶距为 43，相应的暴露面积为 03，但开 采宽度超过 /3，相应的暴露面积在 53以上， 顶板即可自然冒落；若顶板为石膏矿体，则石膏矿 体的控顶距可适当加宽，可达 2 1 /3，相应的暴 露面积为*.3，再开采宽度达-3 以上，相应的 暴露面积达 /53 以上时，顶板即可自然冒落。 “ 结论 “’ 稳定图方法，不仅可应用于空场采矿 方法的设计和崩落法的可崩性研究中，而且对缓倾 斜矿体的崩落步距的研究也可应用该方法。它从本 质上是一种综合了多种影响因素的已被众多的实例 矿山所证实后的分类方法，更是一种简便的图解方 法，可方便地对采空区顶板和侧帮的稳定性进行评 价与分析。 24 缓倾斜层状矿体崩落步距的Mathews稳定图方法研究缓倾斜层状矿体崩落步距的Mathews稳定图方法研究 作者李爱兵， Li Aibing 作者单位长沙矿山研究院长沙,410012 刊名 中国矿业 英文刊名CHINA MINING MAGAZINE 年，卷期2007，162 被引用次数5次 引证文献5条引证文献5条 1.姚高辉.吴爱祥.王贻明 缓倾斜破碎不连续矿体采空区稳定性分析[期刊论文]-黄金 200912 2.陈敬刚.李爱兵 某采空区的稳定性分析论证研究[期刊论文]-采矿技术 20093 3.李爱兵.周爱民.尹彦波.刘正宇.邹平 柿竹园多金属矿床群空区条件下的崩落特性研究[期刊论文]-岩石力学与工 程学报 200811 4.龚孔成.贾明涛.李响 基于Mathews方法的矿岩可崩性研究[期刊论文]-江苏冶金 20084 5.冯兴隆.王李管.毕林.贾明涛.龚元翔 基于Mathews稳定图的矿体可崩性研究[期刊论文]-岩土工程学报 20084 本文链接 授权使用武汉科技大学whkjdx，授权号1fa802bc-82c7-4570-8039-9df6014b1756 下载时间2010年9月19日