马路坪矿深部开采岩爆倾向性评价与防治对策.pdf

I S S N 1 6 7 12 9 o 0 CN 431 3 47 ／TD 采矿技 术第 1 1 卷第 2期 Mi ni n g Te c h n o l o g y，Vo 1 ． 11， No ． 2 2 0 1 1 年 3月 Ma r ．2 O1 1 马 路 坪 矿 深 部 开 采 岩 爆 倾 向 性 评 价 与 防 治 对 策 蹇明星 ， 林 业 ， 马春德 ， 徐明生 ， 何忠国 ， 王永奇 1 ． 贵州开磷集团矿业公司， 贵州 贵阳5 5 0 3 0 2 ； 2 ． 中南大学 资源与安全工程学院 ， 湖南 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 贵州开磷集团马路坪矿进入深部开采后 ， 岩爆是其面临的一个突出的问题。根据 现场工程地质调查和实验 室岩石力学性能测试 ， 在考虑岩爆发生机制的基础上， 选用弹性 应变能指数、 线弹性能准则、 能量储耗指数 以及岩体完整性系数 4个指标对马路坪矿深部 岩体 的岩爆倾 向性进行 模糊 综合评 价 ， 获得 该矿 4种典 型岩 样 的岩爆 倾 向性 ， 并据此提 出 了该矿深部开采岩爆防治的建议措施。 关键词 深部开采； 岩爆； 倾向性评价 ； 防治措施 0 前 言 目前 ， 开磷集 团下属多个矿山的开拓采准已进 入到 6 0 0～7 5 0 m水平 ， 距离地表达 6 0 0 m左 右 ， 地应力现象严重 ， 深部高应力地段出现巨大声响 以及弹射等岩爆现象， 从而导致矿山原有的支护措 施失效 ， 主要开拓巷道破坏现象严重， 出现底鼓、 冒 顶、 弹射等现象， 需要多次维护与加 固， 维护工作量 大 ， 支护成本高。随着开磷集 团开采深度的进一步 加大 ， 岩爆将会严重制约着矿山的安全生产。 弹性能量指数 的值越大 ， 表示破坏时释放 的能 量越多， 所以能较好的反映岩爆的烈度。其评判指 标 为 we , 2 ． 0无岩爆 ； 2 ． 0 ≤ We , 3 ． 5弱岩爆 ； 3 ． 5 ≤ we 15 ． 0强岩爆 。 根据岩石力学试验结果 ，马路坪矿深部岩石的 弹性应变能指数计算结果如表 1 所示 。 表 1 弹性应变能指数法岩爆倾向性评价结果 岩石 评判结果 岩石 评判结果 砂岩 6 ． 4 2 强岩爆 矿石 5 ． 0 7 弱岩爆 红页岩 2 ． 1 2 弱岩爆 白云岩 1 ． 6 8 无岩爆 1 岩爆倾 向性评判指标选择 1 ． 2 岩爆 的形成必须 同时具备 3个条件 一是岩石 本身就具有岩爆倾向性 ； 二是岩体要有较好的完整 性 ； 三是岩体周边存在高应力环境。前 2个条件是 岩爆发生的内因， 第 3个条件是促成岩爆发生的外 因 。为了研究判定开磷集 团下属矿 山的岩爆倾 向性 ， 笔者选择了 目前开采深度最大的马路坪矿作 为主要研究对象 ， 结合实际地质开采环境 ， 对其拥有 的4种主要矿岩 砂岩 、 红页岩、 矿石和 白云岩 进 行 了岩爆倾向性研究。 1 ． 1 弹性应变能指数 岩石在单轴抗压峰值强度前储存的弹性应变能 与塑性变形所耗散 的能量之 比 即为弹性应变能 指数， 其表达式为 we ／ q b 1 式中 为弹性能量指数； 。 为峰值强度前储存的 弹性应变能量， k J ； 为耗损的应变能， k J 。 线弹性能准则 岩石在单轴压缩条件下达到峰值强度前所储存 的弹性能的表达式如下 we ／ 2 E 2 式中 为单轴抗压强度， M P a ； E 为卸载切线弹性 模量 ， MP a 。 根据达到强度峰值 以前所贮存 的弹性能 的大 小， 将 岩 爆划 分为 4个 等 级 4 0无 岩爆 ； 4 0 ≤ 1 0 0弱岩爆 ； 1 0 0≤ 2 0 0强岩爆。 根据岩石力学试验结果 ，马路坪矿深部岩石的 线弹性能计算结果如表 2所示。 表 2 线弹性能准则法岩爆倾向性评价结果 岩石 评判结 果 岩石 评判结果 砂岩 2 8 7 ． 6 8 强岩爆 矿石 1 7 4 ． 5 8中岩爆 红页岩 1 0 7 ． 6 5 中岩爆 白云岩 1 1 ． 2 3 无岩爆 1 ． 3能量储耗 指数 蹇 明星， 等 马路坪矿深部开采岩爆倾 向性评价与 防治对策 5 3 岩石的单轴抗压强度与其单轴抗拉强度的比值 乘以岩石在峰值强度前的总应变量与峰值强度后的 总应变量之比值 ， 用 k表示 ， 其表达式如下 k 一O “ c ． 3 f 6 式中 o r 为岩石的单轴抗压强度 ， MP a ； 为岩石的 单轴抗拉强度 ， MP a ； ， 为单轴抗压强度峰值前的总 应变量； 为单轴抗压强度峰值后的总应变量 。 结合冬瓜山发生 的岩爆 和有关实验 ， 提出能 量储耗指数 k的评判指标 为 k2 0无岩爆 ； 2 0≤ k7 5弱岩爆 ； 7 5 ≤ k0 ． 5 5的岩体定义为较完整 岩体 J ， 极有发生岩爆 的可能。其评判指标 为 K， 0 ． 5 5无岩爆 ； 0 ． 5 5 ≤K ～ 或 hO ／ i ，O ／ ≤ h ≤ O t m a 5 h l l h , 6 经过综合分析表 5的计算结果和岩石力学试验 时各试件的破坏情形 ， 可以得 出马路坪矿 4种岩样 的岩爆倾向性为 砂岩有强岩爆倾 向性 ， 红页岩具有 弱岩爆倾 向性 ， 矿石具有弱岩爆倾 向性 ， 白云岩没有 岩爆倾向性。砂岩和矿石属于较为典型的硬岩 ， 因 此在深部开采过程 中对砂岩和矿石岩爆应 当注 意 防范 。 广泛分布于马路坪矿下盘的红页岩作为一种非 常特殊的岩体 ， 既有软岩的大变形性质 ， 又有在深部 某种适宜条件下发生岩爆 的可能性 ， 若继续往深部 开采中还保持 目前 的这种状态 ， 则红页岩巷道既会 发生大变形破坏 ， 也有发生中等岩爆的可能性 ， 巷道 维护的难度和维修成本将会大大增加 。 3 岩爆治理措施 前期大量的岩爆倾 向性室内试验和现场测试显 暴矽技术 2 0 1 1 ， 1 1 2 示 马路坪矿的4种典型矿岩 上盘 白云岩、 下盘砂 岩、 红页岩和磷矿石 中， 上盘 白云岩发生岩爆的概 率较低 ， 其余 3种岩石都有随着深度的加深而岩爆 发生概率增大的趋势。 针对具有强岩爆倾 向的砂岩地段 ， 地下洞室开 挖后 ， 由于卸载的回弹释放了一部分岩体 中的弹性 应变能量 ， 使洞室周边 的切向应力加剧并产生应力 集中， 这种不利的应力状态和能量分布将会破坏洞 室周边的完整性 。必要时可采用分部 开挖 的方 法以降低岩爆的破坏程度， 但在施工中应尽量减少 爆破振动触发岩爆 的可能性 ， 可采取超前钻孔应力 解除 、 松动爆破或振动爆破等方法 ， 使岩体应力 降 低 ， 能量在开挖 前释放 。同时在采 矿爆破作业 后， 及时对坑道掌子面及周边进行喷、 洒水 ， 及时软 化周边围岩， 降低岩石单轴抗压强度 ， 从而有效降低 岩爆发生的机率和等级 。 建议马路坪矿在深部开采过程中应及时建立一 套有效的监测系统 ， 对深井开采 中的地压活动进行 现场监测， 同时对围岩进行变形监测 ， 掌握深部巷道 围岩及支护的变形动态 ， 有针对性地对围岩 以及支 护进行补强加固， 以确保矿 山施工安全与施工进度 同时达到 目标 ， 从而保证矿山开采的安全。 4 结 语 深部高应力区的开采是未来采矿发展的必然趋 势， 马路坪矿随着开采深度的增加 ， 发生岩爆的几率 也在增加， 在采矿方法 以及采场布置等方面进行合 理的优化同时， 还加强对其岩爆发生规律 以及其特 征的认识 ， 从而找到有效的防治措施 ， 以保证矿山 的开采安全。 ． ．-．-．⋯．-．- ．- ～- o -．- ．-．- ⋯一 参考文献 [ 1 ] 邓 金灿 ， 罗一忠 ， 谢学斌． 大厂 1 0 5号矿体深井开采岩爆倾 向 性研究 [ J ] ， 有 色金属 矿山部分 ， 2 0 0 9 ， 6 1 5 3 7 3 9 ． [ 2 ] 杜子建 ， 许梦国， 刘振平 ， 等． 工程 围岩岩爆的实验室综合评 判 方法 [ J ] ． 黄金 ， 2 0 0 6 ， 1 1 2 7 2 6 2 9 ． [ 3 ] 刘章军 ， 李建林． 岩爆综合预测 的模糊概率方法 [ J ] ． 长江科 学 院院报 ， 2 0 0 7 ， 2 4 4 4 24 9 ． [ 4 ] 蔡美峰 ， 王金安， 王双红． 玲珑 金矿深部开采岩体能量分析 与 岩爆综合预测[ J ] ． 岩石力学与工程学报， 2 0 0 1 ， 2 0 1 3 8 4 2 ． [ 5 ] 唐礼忠 ， 王文星． 一种新的岩爆倾 向性 指标 [ J ] ． 岩石力学 与 工程学报 ， 2 0 0 2 ， 2 1 4 6 8 7 48 7 8 ． [ 6 ] GB 5 0 2 1 8 9 4 ． 工程岩体分级标准[ s ] ． [ 7 ] 林业 ， 杜绍伦 ， 马春德 ， 等． 马路坪矿 深部开采岩爆倾 向性 模糊综合评判[ J ] ． 金属矿山， 2 0 1 0， 4 0 6 4 l 0一l 4 ． [ 8 ] 秦乃兵． 用模糊数学方 法对岩爆 进行预测 预报 [ J ] ． 工程 力 学 ， 2 0 0 1 ， 增 7 3 47 3 8 ． [ 9 ] 祝方才 ， 潘长 良， 曹平 ， 等． 冬瓜 山典型矿岩岩爆倾 向性 基 于灰色关联度的模糊综合评判 [ J ] ． 有色金属 ， 2 0 0 2 ， 5 4 1 7 17 3 ． [ 1 0 ] 贺仲雄． 模糊数学及其应 用 [ M] ． 天津 天津科 学技术 出版 社 ， 1 9 8 3 l 8 8 ． [ 1 1 ] 陈守煜． 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