Mathew法在采矿方法设计中的应用.pdf

S e r i e s No 2 7 9 S e p t e mb e r 1 9 9 9 金 属 矿 山 M E1 1 AL MI NE 1 9 9 9 年 第 9期 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～⋯⋯⋯～2 f [ ≥ Ma t h e w 法 在 采 矿 方 法 设 计 中 的应 用 摘要采矿 方珐 和 栗 场结 构 参数 的正 确 与 否是 确 定 经 济 台 理 开 发 地 下 矿 床 的 关 键 因 素 之 一 。 1 9 8 1 年 G o l d e r 公 司 以岩 体分级为 基础 建 立 了 岩 体质 量和 采 场 跨 度 之 间 的经 验 关 系。 文 章 简要 介 绍 丁 d e r 公 司创建 的 Ma t h e w法 设计 采场 结构 参数 的程 序和 步骤 ． 并用 这种 方法 初步确 定 了谦 比酉 矿采 场 一洲 一 M a th e w 词苎 兰 塑梦 一 ／ 段 7 T h e Ap p l i c a t i o n o f Ma t h e w Me t h o d i n M i n i n g Me t l o d De s i g nhg -Guo Ra n Yu Ru n c a ng Zha n g W e nr on g B e i j i T g Ge n e r a l I n s t i t u t e o f No n f e r o 1 4 5 Me t a l l u r g i c a l a n d,Mi n i n g D e s i n g R e s e a r c h Ab s “ c t C 0r r 髓 r n 龉 [ f t h e m i n i n g m e t h od a n d s t o p e s n c n l r a l p a r a me t e r s i s o d e o f t h e k e y f a c t o r s i n d e t e r m i n i n g t h e e c o n o mi c a i [ y r e a s o n a b i e d e v e l o p me n t o f u n d e r g r o u n d d e p o s i t s ． I n 1 9 8 i ． Go l d e r C o ． e a s t a b l i s h e d a n e mp i ri c a ]r da t io n h i p b e t we e n t h e r o c k m q u a l i t y a n d t h e s t o p e s p a n o ／ 1 t he b a s i s o f t h e r o c k ma s s da s s i f i c a t i o n Th e p r o c e d u r e s a n d s t e p s o f d e s i g n i ng t he s t o p e s t r u c t u r a l p a r a me t e r s u s i n g G6 l d e r C o d e v e ] o p e d M a t h e w m e t h o d i s b r i e fl y d c d b e d a n d Che mb i s h i M i n e ’ s s t o p e s t r u c t r a l口 a r a me r h a v e b e e n p r e l i mi n a r i l y d e t e r mi n e d b y t h e m e t h o d． Ke y wo r d s S t o p e s t r u c t u r a l p a r a me t e r s ， D e s i g n． Ma t h e w me t h o d ， c。 p p e r M i n e 1 Ma t h e w 法 英国 C o l d e r公 司 的 Ma t h e w 于 1 9 8 1年 建 立 了岩体稳定性 指数 N 与 采矿暴 露面 形状 系 数 S之 间关 系 稳定性 阿表 。P o t v i n在分析 1 7 5个采场实际 参数 的基础 上对 Ma t h e w 的稳 定性 图表进行了修改 ， 于 1 9 8 8年提出了修改后 的 稳 定性 图 表 。 Ma t h e w法 实 质 利用 NGI 岩体 分级 指标 Q 计算岩体稳 定性 指数 N， 综 合考虑 矿 山开拓 和采准工程 ， 初 步 确定采场结 构参数 并计 算采 场暴露面形状 系数 s 或称水力半径 ， 将 N 和 S值投 影到 P o t v l n修改后的稳定性 图表上 即可 初步判断栗场 的总体 稳定性 ； 或 者是根据 岩体 稳定性 指数 N 在稳定 陛图表 上求 出总体稳 定 2 2 的采场形状 系数 s， 在初步 选 定采场 某一结 构 参数后即 可确 定其它结构 参数。P o t v i n修 改 的 稳定性 图表 见图 1 _ 1 一 。 1 1稳定性 指数 稳定性指数 N 的计算式【 J 为 N Q A B C， 1 式中， Q 为修改 的 NGI 岩体质量指数 ； A 为 应 力系数 ； B为岩体缺 陷方 位修 正系数 ； C为设 计 采场暴露面方位 修正系数。 1 ． 1 ． 1 修改 的 NGI 岩体 质量 指数 B a r t o n等人在广泛分析 岩体 质量和地下巷 郭然． 北 京有 色 ’ 古金设 计 研究 息院 ． 博 士． i 0 0 0 3 8北 京 市复 兴 路 1 2号 。 毒 D 一 维普资讯 郭然 等 Ma t h e w法在采矿 方法设计 中的应用 1 9 9 9年 第 9期 螽 避 嚣 蛙 乖 U 5 1 0 1 5 20 25 采场暴露面形 状系数 圉 1 P o t v i n修 改的稳 定 性 图表 l 一 稳 定区 ； 2 一 不稳 定 区 3 一 崩 落 区 道支 护要 求等 数据的 基础 上， 提 出用岩 体质 量 指数 Q 作为 岩体 稳 定 性 分级 的 标 准。 B a r t o n 的 Q 值用 下式计算 l 3 】 Q P , Jr 』 ／ 1 J 。 S f ， 2 式 中， R 为岩体 质量 指 标 取样 完 好率 ； J 为 节理组数 ； J 为节理粗 糙 度 ； ， 为 节理 蚀变 、 充 填及胶结程 度 ； ， 为 节理 裂 隙 水折 减 系数 ； S f 为应力折减系数。 取 S 1 ， 其它参数不变 ， 则 由式 2 得到 的 Q值 即为修改的 NG I 岩体质量 指数 Q 。 1 1 ． 2应力系数 用应力系数 A 取 代 式 2 中的 S 能更准 确地 反映作用在暴露 面上应 力的作用。 A 与 口 ／ l 的关 系式 为 j 0 ／ o l 2 ， A O 1 a ／ a I 2 ≤ a ／ a I l O ， 3 【 1 口 c ／ ≥ 1 0 ， 式 中， 为完 整岩 石单 轴 抗压 强度 ； 。 为 平行 于暴露面方 向的采 矿诱 导应 力 值 可通 过 岩石试 块 的力学 试 验 测得， 值可利用 数值 分析技术 求 出。 当数值 分析得 出 的 l 为拉应力 时， 取 A 1 。 1 ． 1 ． 3 岩体缺 陷方位 修正 系数 l 2 为确定系数 B值 ， 首先找 出连续性 最好 的 主节理 方 位。 利用赤 平投 影确 定 主节理组与 设 计的暴露面 夹角 ， 从 而可 依据表 1选取 B值。 表 1 岩 体缺 陷方 位 修正 系数 B 具体 分析 暴露 面稳 定性 时 ， 如果 主 节理组 的方 位有 刺于该 暴露 面 的稳定 性， 则取 最不利 于 稳定的其它节理组进行分 析。 1 ． 1 ． 4 设计暴露 面方 位修正 系数[ ] B a r t o n等建议 ， 岩体质量相 同的暴露 面， 竖 直边墙 的稳 定性要 比顶板 稳定性 高 5倍 ， 他 们 还建 议永久 矿 山坑 硐 的开挖 支 护 系数 取 1 ． 6 。 如果局部掉块对于 人员不进入 的坑硐是 允许 的 话， 那么似 乎 可以认为 直立 边墙 的稳定性是 水 平顶板的稳定性 的 8倍 以上 。设 水平暴露 面修 正系数 C 1 ， 则对于 其它倾 角暴露面 的 c值 可用下式计算。 C 86 c o s a ， 4 式 中， 。为暴露 面与 水平 面的夹角。 1 ． 2采场暴露面形状 系数 【 2 任何井 下坑 硐的暴露面均可认为是 由两个 方 向的跨度 组成． 即认 为是一个 长方 形 。形 状 系数 S定 义为设 计 暴露 面 面积 与 暴露 面 周 长 之 比， La u b s c h e r 称其为 水力半径 。暴 露面长短 跨度 之 比超过 4 1时。 形 状系数 s基 本保 持不 变 ， 这 时暴露 面的稳定性受单 向跨 度尺 寸控 制。 1 ． 3采场设计 采场暴露 面的稳定性 可以通过给 出稳定性 指数 N 和形状 系数 S之间的关 系进行评价。 稳定性图表 见图 1 中的 稳定 、 不 稳 定 和 崩落遵循下列 定义。 1 稳 定是 指暴 露 面不 进 行全 面支 护 。 只 有 局部支护用于控制岩块 的片落。 2 不 稳定是 指 暴露 面 将发 生 局部崩 落， 井最终形 成稳定拱 型。如果通过改变 回采顺 序 或安 装锚索 可 以避免 局部崩 落 的话， 可以采 用 空场采矿 法。 3 崩落是指 暴露 空 间崩落 直致 空 间被崩 一 23 维普资讯 总第 2 7 9期 垒 属 矿 山 1 9 9 9年 第 9期 落块 石充满 。 2 谦比西铜 矿采 矿设 计中的应用 谦 比西铜矿 a r I 1 b s h i n e 是在赞 比亚铜 带省探明最早的铜矿床之一。矿床位于卡伏背斜 西侧 ． 谦 比西 一恩卡纳盆地北翼． 矿 床走向近 东 西， 倾向南。矿体 出露地表， 地表走 向长 1 2 0 0 n 地表下 4 0 0 m深时走 向长达2 1 0 0 m； 沿走向中央 部位． 在 4 0 0 m 以上矿体厚度 为 1 5 ～ 2 0n 向两 翼逐渐变薄． 4 0 0 m 下矿体变薄， 平均厚度约有 8 ～1 0m； 矿体倾角为4 0 。 ～8 0 。 。地表至2 3 5 IT 1 采 用露天开采． 苒往下用地下开采 。过去地下采矿 方法有 房柱法、 机械化空场采矿法、 沿走向分段 崩落法和分段崩落法。综台过去 生产经验教训 和 矿床深部矿体开采技术条件， 初步选择分段 空场 嗣后充填和分段 充填采矿法作为谦 比西铜矿深部 开采的主要采矿方法。 2 ． 1 谦 比西矿修改的 NGI 岩 体质量指数 根据井 下巷道 以及 钻孔 岩芯编 录数据 ， 谦 比西矿岩体 可粗 略 分为两类 稳 定性 一般 和稳 定性 较差 ， 其岩体 质量指数 Q 的计 算见表 2 。 如果可 以实现 采矿前疏 干 ． 则 稳定性 较差 区的岩体质量指数可 从 1 ． 7提高到 2 ． 6 。 2 ． 2谦 比西矿采场应力系数 谦 比西矿未进 行过原 岩应 力测 量工作 ． 因 此原岩应力 引用 了参 考文 献 [ 2 ] Go l d e r公司 计 算 时采 用 的 数 据。 对 于 栗 场 上 盘， 应 力 系数 A 1 ， 对于 采 场切 割 水平 或 分 层 充填 采场 顶板 A 0 、 5 。 2． 3谦 比西矿岩体缺 陷方 位修正系数 谦 比西 矿 主节 理 面倾 角 为 4 0 。 ～ 8 0 。 。 节 理 间距 4 ～ l 1 m， 节理 面光 滑平整， 蚀变轻 微。 控制采场上盘和顶板 稳定性 最重要的因素是岩 层的层面 。参考表 1 修正 系数 B取值见 表 3 。 2 ． 4 设计暴露方位修正系数 根据式 4 计算系数 C值， 矿体倾角分别 为 4 0 。 、 6 0 ’和 8 0 。 时的 C值 见表 4 。 2 ． 5 稳定性指数 这 里仅对在 稳 定性一 般 区域 Q 5 4 采场 矿体倾 角 系数 6 0 。 的稳定性 进 行 讨论。 N值计算结果见表 5 。 表 3 谦比西矿岩体缺陷方位恪正系数 暴 露 面 暴 露面俩 角 C 丧 5稳定 性一 般区域 采场 上盘 和 顶 板 暴露 面积开 头系 数计 算结 果 矿 体 倾 角 上 盘 顶 板 上 盘 ； 顶 扳 上 盘 c 顶 扳 6 0 l 0 ／ 0 ． 5 o 5 ／ o ． 8 4 ． 5 ／ l 0 o 上 盘 顶 板 上 萎 主 板 】 上 鐾 叛 丝 2． 6采场最 大跨度设计 将表 5 计 算的采场稳定性指数 N投 到图 1 上 即可确定采场各暴露面的稳定和崩落的形状 系数 s， 其 结果见表 5相应栏 。 再根据 采场暴露 面形状 系数 s， 即可确定 采场跨度尺寸 。 先确 定采场 沿走 向尺寸 ，根 据确定的采场 表 2谦 比西矿 岩体 质量 指数 Q 计算 参 数 维普资讯 郭然等 Ma t h e w 法在采矿 方法设 计 中的应 用 1 9 9 9年 第9期 形状系 数 s即 可 定 出其 它 结 构参 数。按 表 5 列 出的参数 ． 采场结构参数确定 见表 6 。 表 6 采 场 结构 参数确 定 采场上盘结构参数 ⋯ 暴 鬟 耍 状 稳 定 采 需 羹 索 蠢 护 矿 体 倾 角霰 系数 系 数 ／ m 长／ m ／ m 长， m 6 0。 6 0 ’ 60 ’ 6 0‘ 6 0‘ 2． 7 谦 比西 矿采场结构参数 的确定 1 分段空场嗣后 充填采矿法 。采场 沿走 向布置， 走向长 2 5 m， 分段高 3 3 m， 垂直走向采 场跨 度为矿体 厚度 9 ～ 1 0 m ， 按 上述 分析 结 果 ． 凿岩硐室跨度 限制 在 9 m 以下 或 在中 间留 少 量点 柱 ， 并在 凿岩 硐室和出矿水平 层靠 上盘 处 进行少 量锚 索支 护 ， 减少 上盘 围岩塌 落 可能 造成 的贫化 。 2 分段 充填 采矿 法。 采场 沿 走 向 布置。 采场长 1 5 0 m． 分段高度 1 2 m， 矿体 水平厚度超 过 7 m 时， 要加 强切割 或凿岩 层 的支护。 一般 考虑采场横 向跨 度 不超过 8 m， 否则 留上 盘矿 壁 不采 ， 增 加采场 稳定性 。 参考文献 1 P o t v n Y， Hu d y ma M a n d Mi l l e r H D S Th e S t a b i l i t y Gr a p h M e t h o d o f m St o p e D i gn ． Pr e s e n t e d a c 90 t h CI M AGM 、 Ed m o n t on ， 1 9 8 8 2 Co l d e r ／ L s s o e i a t e s Gi ot e e h m c a l Re v i e w f o r Re o pe ning of Ch a m b i s h i M ine ． za mbia Re p o r t t o ZCCM ． 1 9 9 4 3 Ho e k E a nd Br o wn E T ． Un de r g r o d Ex c a v a t i on i n Ro c k ． i n s t i t u t e o f M i n i n g a nd M e t a J l u z g y ， Lo o I 2 ， En gla n d， 1 9 8 0 收 稿 日期 1 9 9 9 ． 0 6 0 8 上接第 5页 路子 。要认真 扎 实的学 习邯 钢经验 。 降低成 本 的潜力还 很大 ， 除 了控 制物 资、 能源 消耗 成 本 外 ． 还要重视 劳动成本 和财务成本 的控制 ； 还要 抓好减人增效 ， 发展 多种 经营， 抓好 技术 改造 ， 依靠科技进步求发展 ， 搞好资源综台利用． 发 展 深加工和高科技含量 、 高附加值 的产 品等等。 2 减轻矿 山税赋。矿山虽然存在 困难 较 多， 如前所述 ， 国家 只要 解决 台理 公平 税赋， 减 轻矿 山负担， 其它 问题是容 易解决 的。据统计 ， 税 制改革后 ， 全 国有 四分之 三的 企业税赋率 是 持 平和降 低的 ， 而做 为基础 原料工业 的铁矿 山 企业， 税赋率却提高 了 4 ～ 5倍 ， 是一般加工 工 业的 2 ． 5倍左右 ， 这 不但 有悖 于国 家公 平税 赋 的原则， 也违背 了矿山发展的客观 规律 ， 严重挫 伤了矿 山生产建设 的积 极性， 也不利 于矿 山 的 改革和稳 定， 迫 切需要 国家采取措施 。 调整矿 山 税赋 ， 为矿山的发展创造公平竞争 的市场环 境。 为此 建议 ① 矿 山的流转税赋水 平不能超过 全 国企业 的平均 水平 国内矿山受资源条 件和 历 史包袱的影 响． 产 品成本高 ， 竞 争 力差 ， 属 于微 利或 亏损企业 ， 其 流转 税赋率 只能 低于 全国平 均水平， 至少不 能超过 全 国平均 水平 。◎ 铁矿 资源 税应该把 资源 税和资源 补偿 费 一致起 来， 独立矿 山和联 台企业 的矿 山一致 起来 ， 统 一纳 入 国家财政 预算收支。资源税的标准 应降为税 改 前每 吨原矿 1 ． 5元 的水平 较 为 台理 。③ 矿 山是原料产业， 其“ 进 项税” 很少 ， 而“ 销项费” 较 多， 即使 执行 1 3 ％的抵 档增值 税， 实质 增 值 税 税率也高达 8 ％． 加上城 市建设维 护 费、 教育 附 加 费等 税费是 以增值 税 为基础， 就 更加 重 了矿 山 的负担， 应 考虑加 大 矿山进项 税 的抵 扣 范 围 或 实行 增值税 和资源 税、 矿 山维 简 费的 自动抵 消 。 收 稿 日期 1 9 9 9 0 7 1 5 4 6 4 9 9 “ 儿 n ∞ ；q如 啪竹 9 0 5 9 2 9 9 8 6 7 加 。 如 ； 2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 维普资讯