无底柱加大间距采矿地压状况分析.pdf

SerialNo. 428 February. 2005 矿 业 快 报 EXPRESS I N A T I ON OF M I N I N G I NDU STRY 总第428期 2005年2月第2期 王兴明1964- ,男,院党委副书记,副教授, 341000江西省 赣州市。 试验研究 无底柱加大间距采矿地压状况分析 王兴明 江西理工大学应用技术学院 摘 要通过对使用大间柱采矿法的矿山地压进行监测,发现采用大间柱采矿法是安全的、 可 行的,它改善了矿山地压状况,减少了采矿成本,有着巨大的经济效益和社会效益。 关键词大间柱;地压;监测;模拟;安全 中图分类号 TD853131 文献标识码 A 文章编号 10092568320050220016202 Analysis of Earth Pressure Conditions of Sill Pillar-free andW ide-spacingM in ingM ethod W ang Xingm ing Application Technical School,JiangxiU niversity of Technology Abstract In the light of monitor of m ine earth pressure using the w ide2spacing m ining , it w as found that using the w ide2spacing m ining w as safe and feasible, and it had i mproved them ine’s earth pressure conditions and reduced them ining costs It had great econom ic benefits and social benefits . KeywordsW ide2spacing; Earth pressure;M onitor; Si mulation; Safety 1 概述 无底柱分段崩落法是地下采矿中最为常见的一 种采矿方法,国内矿山一直采用进路宽度和分段高 度为10m10m ,而国外矿山如瑞典的基鲁纳铁矿 分段高度和进路宽度已由10m10m扩大至30m 30m ,并采用全液压凿岩台车和重型液压凿岩机,增 加了一次崩矿量。 减少了采准工程量、 提高了采矿强 度,大幅度降低了采矿成本,取得了良好的经济效 益。现在国内矿山采用进路宽度大于分段高度的大 间柱采矿法,并在无底柱矿山推广应用,而与之相关 的地压安全问题成为大家关注的焦点。 2 大间柱采矿及其原理 无底柱分段崩落法是在覆盖岩下进行的,当崩 落矿岩的爆破堆体形态与放出体形态吻合程度高 时,就会得到较好的技术经济指标,这两者的吻合程 度,其实就是采矿结构参数的优化问题,也是放矿学 的核心问题。传统的放矿理论着重研究单个放出体 形态,没有注意到各放出体之间的相互影响,使得空 间排列的放出体有重叠的部分,违背了纯矿石放出 体相切的基本原则。纯矿石放出体空间排列形式为 高分段和大间距,具体空间排列如图1,图2。 图1 高分段结构形式 图2 大间距结构形式 从理论上讲,这两种排列方式都是最优的,实现 了纯矿石放出体相切的基本原则,之所以选择大间 距结构形式是由现有条件决定的。 3 不同结构参数数值模拟 无底柱分段崩落法采矿,无论采用何种结构参 数,地压问题始终存在,只是大小不同而已。本数值 模拟是用三维弹性有限元计算采场不同结构参数 15m 15m与15m20m应力大小及变化。 1有限元模型周边有边界约束。模型上边界 61 取至地表,为自由边界;下边界取至开采最低水平以 下60～100m ,为垂直方向的约束条件。 为简化起见, 稳固的岩体都为矿石体,松散体都为介于废石和矿 石之间的一种材料体组成。 2计算分析图,见图3,图4,图5。 图3 三维弹性有限元模型 3计算分析得出的规律。15m15m结构参 数间柱的压应力范围在0. 718～1. 145M Pa,平均为 0. 93M Pa; 15m20m结构间柱的压应力范围在 0. 678～0. 985 M Pa,平均为0. 83 M Pa。 即在同样地质 条件、 同样动荷载的作用下,大间距更安全。 4 实证 为了分析采用大间距采矿对地压的影响,进行 了监测跟踪。表1是2003年在某一矿山不同结构参 数下,通过压力盒收集监测数据分析结果。 图4 15m15m压应力示意 图5 15m20m压应力示意 表1 测量结果 频率Hz 地点编号 间柱 m 022180420105213062240820509202092160623010214 压应力 M Pa - 213W 7- 8L 1027 981 15 15 1560 1731 1561 1736 1562 1737 1565 1747 1566 1753 1566 1751 1566 1751 1566 1749 1566 1750 2 4. 4 - 228W 6- 7L 986 984 15 15 1719 1639 1721 1671 1725 1699 1726 不稳定 1728 1626 1729 1616 1725172317234 7. 5 - 243W 6- 7L 988 1006 995 15 15 15 1649 1585 1662 1651 1585 1663 1655 1591 1666 1652 1593 1667 1658 1599 1670 1657 1598 1668 1655 1597 1667 1654 1594 1665 1654 1594 1665 3 3. 9 3 - 243W 4- 5L 1043 1007 20 20 1616 1628 1598 1610 1591 1611 不稳定 1608 1570 1605 1577 1610 1577 1610 1577 1610 1577 1609 2. 8 2. 6 - 243E 2- 3L 1034 1037 992 999 20 20 20 20 1724 1497 1842 1640 1725 1496 1801 1635 1721 1494 1792 1632 1720 1497 1781 1626 1722 1493 1782 1626 1721 1491 1776 1625 1721 1490 1774 1625 1722 1491 1773 1625 1721 1491 1772 1625 2. 9 1. 6 7. 7 2. 5 - 228E 2- 3L 1012 1014 1046 15 15 15 1572 1518 1704 1567 1514 1700 1560 1510 1694 1560 1508 1683 1565 1511 1687 1559 1503 1682 1558 1501 1681 1558 1500 1679 1554 1494 1678 2. 5 1. 6 2. 8 - 25W 4- 5L 998 1031 20 15 1587 1579 1583 1576 1580 1577 1576 1579 1555 1582 15761577 1587 1576 1586 1575 1588 2. 9 1. 9 1采场结构参数15m15m间柱压应力的值 总体大于15m20m的压应力值,也大于采场结构 上部是15m15m、 下部为15m20m的压应力值。 2进路滞后,特别是单进路滞后,应力明显集 中。 5 结语 1通过理论分析、 数值模拟、 实证监测,发现 采用大间柱采矿法是安全的、 可行的,它大幅度减少 了采准工作量,降低了采矿成本,提高了巷道的稳定 性,是无底柱分段崩落法的一次重大技术革命。 2实践证明增大间柱是改善地压问题的有效 手段,特别对于破碎岩体更应考虑使用。 但受传统思 想和矿山现有条件的束缚,目前采用这项新技术的 矿山还不是很多,故应加大宣传和推广力度,充分发 挥出其潜在的经济技术价值。 收稿日期20042012 26 71 王兴明无底柱加大间距采矿地压状况分析 2005年2月第2期