会泽铅锌矿深部开采岩爆影响因素分析.pdf

第2 5 卷第 1 期 2 0 1 0年 3月 矿 业 工 程 研 究 Mi n e r a l En g i n e e r i n g Re s e a r c h V0 L 2 5 No ． 1 Ma r ． 2 01 0 会泽铅锌矿深部开采岩爆影响因素分析 何世林 ， 王春来z 1 ． 云南驰宏锌锗股份有限公司 会泽生产区， 云南 曲靖 6 5 4 2 1 1 ； 2 ． 北京科技大学 土木与环境学院 | E 京 1 0 0 0 8 3 摘要 云南驰宏锌锗股份有限公司会泽铅锌矿是我国一个 1 0 0 0 m深井矿山， 该深井硬岩矿山开采的基本问题要素就是高地应 力、 构造发育． 阐述了矿山的基本地质条件．通过现场调查， 发现深部开采岩爆影响的主要因素是由于工程岩体性质和人工开挖引起应 力重分布所致，描述了岩爆特征， 总结了发生岩爆的基本规律， 为建立微震监测系统提供 了基本资料， 同时为选择合理的采矿方法和岩 爆控制技术措施提供 了重要依据． 关键词 深部开采 岩爆； 高应力； 岩爆特征 开采深度 中图分类号 T D3 2 4 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 ～ 5 8 7 6 2 0 1 0 0 1 0 0 2 1 0 3 深井矿山开采动力灾害主要包括矿山开采扰动诱 发的岩爆、 矿震、 冒落和突水等现象， 是由于矿山开采扰 动引发岩体应力重分布促使微破裂萌生、 扩展、 贯通和 断裂等岩体破坏失稳结果 岩爆是一种极为复杂的岩 体动力失稳现象泪 前， 对其形成机理还没有统一认识． 大量研究表明岩爆的发生与围岩的强度、 地应力、 地层 岩性、 地质构造、 水文地质及开挖施工等有密切关系12]． 对会泽铅锌矿的地质环境、 矿床赋存特点、 岩体质量分 级等资料进行了分析网 ，并对其岩爆主要影响因素进行 了研究，为微震监测系统的建立奠定了基础 1 地压显现特征 1 ． 1 岩芯饼化现象 岩芯饼化现象是指在钻孔取样过程中因应力释 放而呈圆饼状破裂的现象， 是岩石脆性和围岩处于高 应力状态的明显标志．在 8 矿体现场钻探取样过程中， 在各岩层中均发现有不同程度的岩芯饼化现象． 现场 统计结果表明 岩芯饼化现象具有明显的分布广、 岩饼 厚度小、 有明显裂缝和处于距岩壁 2 m左右等特征【tA rJ． 岩饼主要有 2 种形态一种表面凹凸不平； 另一种 表面平整光滑、 岩饼表面新鲜、 无浸染痕迹． 钻孔饼化 岩芯及岩饼形态见图 1 所示， 其力学参数见表 1 ． 图 1 岩芯饼化 F i g ． 1 Roc k c or e d i s k i n g 表 1 8 矿体固岩主要岩石力学参数和岩爆倾向性指标 T出 ． 1 Ro c k me c h a n i c s p a r a me t e r s a n d r o c k b u r s t p r o n e n e s s i n d e x e s o f 8 o r e b o d y s u r r o u n d i n g r o c k __-__●_ ___0__ ●__-_- __ _-____ ●______- _●_●_ ____-_ ______ ___---_ -_●_ _______ ___●●_● --___ _一I ___ _____- ____。 一 中段 指标 c C C m c 埋深 R。 5 6 7 4 53 6 5 R 3 2 ．7 1 ．7 2 ． 7 足／ 0 r I 2 ． 3 3 3 ． 0 8 2 ． 2 1 2 ． 7 0 5 1 4 5 1 R 0 ． 1 2 5 0 ． 1 1 2 0 ． 7 0 7 0 ． 1 1 2 约 8 o o m 岩爆倾向强烈岩爆 中等岩爆 强烈岩爆 中等岩爆 冠／ c r l 1 ．7 8 2 ． 3 5 1 ． 6 8 2 ． 0 6 1 2 6 1咒 l O 5 0 ． 0 8 6 0 ． 0 5 4 0 ．0 8 6 约 l O 6 O i n 岩爆倾向 强烈岩爆 强烈岩爆 强烈岩爆强烈岩爆 1 ． 2 巷道围岩片状剥落现象 8 矿体 l 3 9 L 1 3 3 1 m中段埋深超过 1 0 0 0 n l， 发现在 矿体的上盘穿脉和下盘主运输巷出现不同程度的巷道 收稿日 期 2 0 o 9 一 l 2 1 3 基金项目 国家“ 十一五” 科技支撑计划 2 0 0 6 B A B 0 2 A 0 1 1 通讯作者 fi k 1 9 6 5 一 ，男， 云南富源人， 工程师， 研究方向 矿山企业管理和技术开发． E m a i l t a w e l s o h u ． o 眦 n 21 肩部片状剥落现象如图2 所示．具体特征描述如下n 图2 巷道边帮剥落 F i g ． 2 Ex f o l i a t i n g o f t h e t u n n e l e d g e 1 巷道“ 肩部” 剥离破坏严重； 2 矿体上盘比下盘巷道工程片落现象更严重； 3 深部巷道围岩片落比浅部要严重得多； 4 发生剥落方向与巷道轴线方向垂直， 发展延伸 方向与巷道主轴方向一致． 通过对矿山工程地质、 水文地质条件、 矿区地应 力场及岩体力学特性资料分析， 结果表明矿区地质条 件复杂，原岩应力高．这些因素对岩爆的发生提供了有 利条件． 2 岩爆影响因素 影响岩爆发生的因素很多， 主要有岩体强度、 岩体 结构、 岩石含水率、 地质构造、 原岩应力场大小与方向 等． 基于现有的岩爆理论， 结合会泽矿的工程地质资料 及井下矿岩力学参数测试结果，对影响 8 矿体岩爆发 生的关键因素进行了研究． 2 ． 1 地应力的影响 岩爆的发生与地应力有着密切联系． 在相同地质 背景下，高应力区的坚硬岩石具有较强的弹性储蓄能 力，容易积聚较高的弹性应变能． 同时，岩爆的发生与地 应力集聚特征有着密切的关系， 在高地应力区开挖洞 室和巷道使得洞室和巷道周边的应力重分布其应力 值可达初始地应力的2 ～ 3 倍【 7】． 经计算， 8 矿体 1 3 9 1 m 中段 C 知岩层 中川脉巷道 周边应力集 中系数为 2 ． 5左 右， 最大应力达 9 8 ． 6 M P a , 这为岩爆的发生提供了极为 便利 的条件． 长沙矿山研究院利用 A E K a i s e r 效应测定地应力 的方法对 8 矿体重力方向、 沿岩层走向、 倾向3 个方 向的地层试样进行了实验研究 结果显示3 个方向的 平均地应力分别为沿岩层走向方向 l 7 ．0 1 一 l 7 ．0 6 M P a ， 沿倾向方向9 ．6 3 1 0 ．8 5 M P a ， 沿铅垂方向的平均应力 为 l 0 ．8 8 1 1 ． 0 M P a ．其与矿体深度 1 o o o 的关系为 O i -- 0． 0 2 9 z 1 ． 1 0“ 2 0 ． 0 2 2 z - 1 ． 7， 1 0“ 3 0 ． 0 2 2 z - 2 ． 8 计算结果显示， 不同岩组地应力参数指标 R ／ 0“ 。 为 c 3 ．4 ，C 4 ．3 ， 矿岩3 ． 1 ，C lb 3 ． 1 ， C ld 6 ．3 5 ，D 2 ．9 ．除威灵组 c h 及大塘组 C 属于高应力区外， 其它各岩组均为极 高应力区域． 因此， 高应力是会泽铅锌矿岩爆的主要影 响因素． 2 ． 2 岩体结构的影响 在相同原岩应力条件下， 是否会发生岩爆及其严 重程度还取决于岩体的完整程度， 只有新鲜完整而又 坚硬致密的脆性硬岩才有可能在一定的应力作用下， 使完整岩块获得足够产生岩爆而突然释放弹性应变 能．侯发亮四 等人提出的岩体完整性系数法也是决定岩 爆发生的另一个重要指标， 即 ’ 2 v 。 ／ ， 2 式中， 岩体完整性系数； 岩体弹性横波速度； 岩石弹性纵波速度． 通过现场和室内声波速度测试资料分析， 得到各 岩组的完整性系数． 按照其划分标准，K v 0 ．7 5即为较 完整岩体． 因此， 围岩较好的完整性是该矿岩爆的又一 影响因素． 不同岩组的完整性系数为硫化矿0 ．8 l ， 氧化 矿 0 ． 8 3 ， C 0 ． 6 6 ， C l b 0 ． 8 3 ， C l d 0 ． 7 8 ， C 3 m O ． 7 1 ． 2 ． 3 岩性的影响 根据现场工程实例表明 岩爆多发生在石英岩、 花 岗岩、 大理岩和花斑状大理岩等岩体中．这些岩体的共 同特点是脆性的， 即达到峰值强度后， 岩石会急剧断裂， 称为岩石脆性度． 陆家佑n 叫 教授提出的岩爆判据中，认 为通常发生岩爆的岩石为致密的硬岩， 影响岩爆 的最 主要因素是岩石的单轴抗压强度 。 和单轴抗拉强度 可以利用 B R 。 ／ R 的值来评价岩石发生岩爆的可能 性， 其称为岩石脆性度．表 2 为会泽矿 8 矿体围岩脆性 度 与岩爆烈度的统计关系， 结果显示各岩层具有中 等 一强烈的岩爆倾向性． 表 2 脆性度 与岩爆烈度 的统计关 系 Ta b ．2 Re ht i o mh i p b e t we e n b r i t t l e d e g r e e B a n d r o c k b u r s t i n t e mi t y 同时，岩石本身的力学性质还包括其储存应变 能的能力． 目前， 多数采用冲击倾向能指标 口 ， 弹性 应变能指数 盯来衡量． 其值越大， 则发生岩爆的可 能也越大． 2 ． 4 开挖深度的影响 由于岩爆的发生重要 因素之一是地应力大小， 而 开挖深度又与地应力紧密相关所以，开挖深度也是影响 岩爆发生的重要因素．大量现场开采实践已证明 随着开 采深度的增加，岩爆发生次数及破坏程度也增大． 同时， 一 般来说，无论是在金属硬岩矿山，还是在软岩煤矿冲击 地压的发生都存在一个发生的临界深度． 主要采矿国家 岩爆发生的临界深度暾Ⅱ 下加拿大为 1 8 0 Ⅱ l，波兰为2 4 0 德国为 2 4 0 玑南非为3 0 0 m和印度为 4 8 0 m ． 目 前， 会泽铅锌矿 8 矿体已开采至 1 2 6 1 m水平， 采深超过 1 0 0 0 m ， 上部的 l 3 3 1 ， 1 3 9 1 m等中段， 已在 局部地段出现过小规模的岩爆事件． 随着会泽铅锌矿 深部资源开发， 其开采深度也将渐渐加大， 岩爆灾害所 造成的危害可能会更加严重． 3 结语 根据现场调查数据并结合前期研究成果发现正 在开采的 1 3 3 1 ， 1 3 9 1 m中段具有中等 一强烈岩爆倾 向性， 地下岩体的开挖会增加工程周边岩体的应力集 中， 出现了严重的岩爆特征岩芯饼化和巷道肩部剥离 现象， 从地应力、 岩体结构、 岩性以及开挖深度等影响 因素作了详细分析， 得出会泽铅锌矿深部开采具有严 重的岩爆倾向性．所以，进行采矿工程优化设计时， 尽量 考虑上述影响因素， 避免岩爆灾害的发生． 掌握了深井 硬岩矿山岩爆发生因素， 为微震监测系统的建立提供 了基础资料． 同时， 为大规模岩爆防治措施提供了依据． 参考文献 【 1 】 王春来， 吴爱祥， 徐必根， 等． 某深井矿山微震监测系统建立与网络优 化研究i c Y ／ 第十届岩石力学与工程大会论文集． 北京 中国电力出 版社。 2 0 0 8 ． WANG Ch u n l a i ，WU Ai x i a n g ,XU Big e n ， e t a 1 ．S t u d y o n e s t a b l i s h me n t a n d o p fi mi z a fi o n n e t wo r k o f t h e mi e r ose i s mi e mo n i t o rin g s y s t e m i n a d e e p mi n e 【 C ] ／ ／ l O t h c o n g r e s s s y mp o s i u m o n Ro c k Me c h a n i c s ＆ E n g i n e e ri n g ． B e ij i n g C h i n a e l ectr i c p o w e r p r e s s ， 2 0 0 8 【 2 】 刘晓辉． 基于微震监测数据的岩爆预测研究【 D 】 ．北京 北京科技大学， 2 0 09 ． L I U Xi a o h ui ． S t u d y o n r ock b u r s t p r e d i c t i o n b a s e o n mi e r ose i s mi e d a t a [ D 】 ． B e i j i n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e T ech n o l o g y B e i j i n g , 2 0 0 9 ． 【 3 】 胡万宏， 冯志宏． 会泽铅锌矿深部矿岩岩体质量评价分析叨． 采矿技 术， 2 0 0 9 ， 9 1 7 6 7 7 ． HU W a n h o n g ， FENG Z h l h o n g ．An a l y s i s o n r o c k q u a l i t y e v a l u a tio n i n d e p t h of Hu i z e l e a d - z i n c min e 叨． C h i n e s e Mi nin g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 9 ，9 1 7 6 - 7 7 ． 【 4 ] 吉学文， 王春来。吴爱祥， 等． 某深井矿山岩爆特征及形成机理研究【 J 】 ， 金属矿 山，2 0 0 8 9 2 3 2 5 ． J I Xu e w e n ， WA N G C h u n l a i ’ WU A i x ia n g ．， e t a 1 ． S t u d y o n c h a r a c t e ri s t i c a n dm ech a n i s mof r ock b u r s t i n a d e e p min e J ] ．Me ta l Mi n e , 2 0 0 8 9 2 3 2 5 ． 【 5 】 唐绍辉， 吴壮军， 陈向华． 地下深井矿山岩爆发生规律及形成机理研 究【 J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 3 ， 2 2 8 1 2 5 0 1 2 5 4 ． T A N G S h ach u i ．WU Z h u a n t u n ,C HE N X i ang h u 8 ．A p p r o a c h t o occ u r r e n ce a n d m ech a n i s m o f r ock b u rst i n d e e p u n d e r g r o u n d mi n e s ] ． C h i n e se J o u r n a l o f R ock Mech a n i c s and E n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ， 2 2 8 1 2 5 O l 2 5 4 ． 【 6 】 WangC L WuAX L j uXH， e t o 1 ． M ech a n i s ms ofm i e r o s e i s mi e e v e n t s o c c u r r ed i n a d eeph a r d - r o c km i n e o f C h i n a [ C 】 ／ ／ T h e 7 t hI n t e rna t i o n al S y mp o s i u m o n Rock bu r s t a n d Sci s mie i t y i n Mi n e s ．N e w Yo r k Ri n t o n P r e s s ， 2 0 0 8 ． 【 7 ] WuAX， Wang CL UuXH ， e t C h a r a c t e r i s i t i os andm ech ani s m s o f r ock b u r s t i n a d e e p m i n e i n C h i n a【 C l ／ T h e 7 t h I n t e r n a t i o n al S y mp o s i u m o n Rock b u mt and Sci s mi e i t y i n Mi n e s ． Ne w Yo r k Ri n t o n Pr e s s ， 2 0 0 8 ． 【 8 ]朱家锐， 潘懿， 王春来， 等． 利用 K a i s e r 效应测定会泽铅锌矿地应力叨． 采矿技术， 2 0 0 8 。 8 3 2 6 ， 5 5 ． Z HU J k L rni ， PAN Yi ， WANG Ch u n hi ， e t a 1 ． T e s t i n g g r o u n d s t r e s s u s i n g K a i s e r e ff e c t i nHu i z el e a d - z i n c min e [ J ] ．C h ine s e Mi n i n g T ech n o l o g y , 2 0 0 8 ， 8 3 2 6 ， 5 5 ． 【 9 】 侯发亮． 圆形隧道中岩爆的判据及防治措施【 c y ， 岩石力学在工程中 的应用． 北京 知识出版社， 1 9 8 9 ． HOU Fa l i an g ． C rit e rio n an d p r e v e n t i o n me a s u r e s o n r ock b u r s t i n e l r e u hr t u n n e l [ C 】 ／ ／A p p h c a t i o n o n r o c k m ech ani c s e n gin e e r i n g ． B e ij ing Kn o wl edg e P r e s s ， 1 9 8 9 ． [ 1 0 】 陆家佑． 岩爆预测的理论与实践们． 煤矿开采， 1 9 9 8 ， 3 2 3 2 6 2 9 ． L U J i a y o u ． T h e o r y and p r a c ti c e o n r ock b u r s t p r e d i c ti o n 们． C o a l Min i n g T ech n o l o g y 。 1 9 9 8 。 3 2 3 2 6 2 9 ． An a l y s i s o f i n flu e n c i n g f a c t o r s o f r o c k b u r s t i n d p 。 o f ⋯L ’ 一 Zi n c M i n er o c k D u r s t i n a e e p r mmn Hu i z e Le a d Zi n c n e -● - HE S h i l i n l , WANG C h u n l a i 2 1 ． P r o d u c i n g A r e a , Y u n an C h i h o n g Z n and G e C o ． ， L T D ． ， Q u j i n g 6 5 4 2 1 2 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l ofC i v il and E n v ir o n m e n t E n gi n eer i n g , U n i v e rs i ty o f S c ie n ce＆T ech n o l o g y B e ij i n g , B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ． C h i n a Ab s t r a c t T h e Hu i z e L e a d a n d Z i n c mi n e i s a d e e p k i l o me t e r w e l l i n C h i h o n g Z n Ge C o ． ， L 1 D． ， Yu n an P r o v l n c e ， P ． R． Ch i n a ． T h e b a s i c p r o b l e ms o f t h i s d e e p h a r d r o c k mi n e a r e h i g h u n d e r g r o u n d s t r e s s a n d d e v e l o p me n t o f f a u l t s t r u c t u r e ． A f t e r s u mma r i z i n g t h e g e o l o g y c o n d i t i o n o f t h i s mi n e ， t l l e ma i n i n f u l e n c i n g f a c t o r s o f roe k b u r s t a r e the p r o p e r t i e s o f r o c k ma s s a n d s t r e s s r e d i s t r i b u t i o n b y a r t i fi c i a l d i s t u r b a n c e ． Th e c h a r a c t e r i s t i c s o f r o c k b u r s t are d e s c rib e d ， t h e b asi c r u l e s o f r o c k b u rst a r e d e s c ri b e d ，w h i c h p r o v i d e t h e b asi c d a t a f o r e s t a b l i s h i n g mi c r o s e i s mi c mo n i t o r i n g s y s t e m a s w e l l as t h e i mp o r t a n t b asi s for s e l e c t i n g r e aso n ab l e mi n i n g me tho d s an d r o c k b u mt c o n t r o l l i n g t e c h n o l o g y me a s u r e s ． Ke y wo r d s d e e p mi n e ； r o c k b u r s t ； h i g h u n d e r g r o u n d s t r e s s ； c h ara c t e ris t i c s o f r o c k b u rst ； mi n i n g d e p t h