深部开采围岩失稳模式分析.pdf

S e r i a l No ． 4 9 4 J u n e ． 2 0 1 0 安全 与环保 现代矿业 M0RDE N MI NI NG 深部开采 围岩失稳模式分析 总 第 4 9 4期 2 0 1 0 年 6月第6期 胡万宏 何世林 朱家锐 王春来 吴顺江 黄学贵 1 ． 云 南驰宏锌锗股份 有限公 司会泽铅锌矿 ； 2 ． 北京科技 大学土木与环境 学院 摘要 阐述 了云南驰宏锌锗股份有限公 司会泽铅锌矿 的基本地质条件， 对深部 围岩进行 了 R MR分级。通过现场调查， 发现深部开采围岩 失稳 冒落模 式有 “ 倒三 角” 顶板 冒落模式、 “ 缓倾斜 顶板 岩层 ” 冒落模 式 、 “ 单 断层 ” 影响 顸板 冒落模 式 、 “ 双 断层 ” 耦 合 响 应 的顶 板 冒落模 式和 “ 上盘 开 裂” 地应力响应的顶板 冒落模式。该成果为建立微震监测 系统提供 了基本资料 ， 同时为选择合理 的采矿 方 法和地 压控 制技 术措 施提 供 了重要 依 据 。 关键词 深部开采 ； 高应力； R MR分级 ； 围岩失稳； 冒落模式 中图分类号 T D 3 2 4 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 - 6 0 8 2 2 0 1 0 0 6 - 0 0 5 7 - 0 3 Ana l y s i s o n M o de l o f Sur r o un di ng Ro c k I ns t a bi l i t y i n a De e p M i ne H u Wa n h o n g H e S h i l i n Z h u J i a r u i Wa n g C h u n l a i Wu S h u n j i a n g H u a n g X u e g u i 1 ．H u i z e P r o d u c t i o n Z o n e ， Y u n n a n C h i h o n g Z n G e C o ． 。 L T D ．； 2 ． C i v i l E n v i r o n me n t E n g i n e e r i n g S c h o o l ， U n i v e r s i t y o f S c i e n c e T e c h n o l o g y B e i j i n g Ab s t r a c t Th e b a s i c g e o l o g i c a l c o nd i t i o n s o f Hu i z e l e a d z i nc mi n e o f Yu n n a n Ch i h o n g Zn Ge Co．， LTD． i s e x p o u n d e d，RMR c l a s s i fic a t i o n wa s g r a d e d i n d e e p s u r r o u nd i n g r o c k．Ba s e o n o n s i t e i n v e s t i g a t i o n，t h e ma i n i ns t a b i l i t y r o o f f a l l i ng mo d e l o f s u r r o u nd i ng r o c k d e e p mi n i n g a r e i n v e r s e t r i a ng l e r o o f f a l l i n g mo d e l ，s l i g h t p i t c h r o o f s t r a t a f a l l i ng mo d e l ，s i ng l e f a u l t i n fl ue n c i n g r o o f f a l l i n g mo d e l ，d o u b l e f a u l t s c o u p l i n g i n flu e nc e r o o f f a l l i ng mo de l a n d ha n g i n g wa l l c r a c k i n g g r o u n d s t r e s s i n flu e n c e r o o f f a l l i n g mo d e 1 ． Th e r e s u l t s p r o v i d e d t h e b a s i c d a t a f o r t h e e s t a b l i s h me n t o f mi c r o s e i s m mo n i t o r i n g s y s t e m ，p r o v i d e d t he i mp o r t a n t b a s i s for s e l e c t i ng r e a s o n a b l e mi n i n g me t h o d s a n d g r o u n d p r e s s u r e c o n t r o l l i n g t e c hn o l o g y me a s UI ．eS． Ke ywo r d s De e p mi n i n g； Hi g h u nd e r g r o u nd s t r e s s； RMR c l a s s i fi c a t i o n； S u r r o u nd i ng r o c k i n s t a b i l i t y； Ro o f f a l l i n g mo d e l 1 引 言 云南驰宏锌锗股份有限公司会泽铅锌矿是位于 云贵高原含特富铅锌锗等多金属矿床 ， 地质储量大 ， 矿石品位高 ， 且富含银 、 镉等多种稀贵金属 ， 是我 国 乃至全世界罕见 的大型矿 ， 是 国内最大的铅锌矿床 之一。矿区深部矿体赋存地质条件极 为复杂 ， 其 开 采条件集“ 水、 深 、 碎 、 难” 于一体 ， 在我 国尚属首例 。 矿体埋深超过 1 0 0 0 m， 是 目前 国内开采最深的金属 矿山之一 ； 矿区地处云贵高原的峡谷地 区， 属山谷型 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 胡万宏 1 9 6 7一 ， 男 ， 云南 宣威人 ， 工程 师 ， 6 5 4 2 1 1云南 省 瞌靖 矿床 ， 深井开采导致原岩应力高 ， 巷道局部地段已发 生过小规模岩爆 ， 对安全生产存在极大的威胁 。 因此 ， 需根据现场调查 数据 ， 认识 采场 围岩 冒落模 式 ， 分析其发生机理 ， 为选择合理采矿方法和地压控 制技术提供依据 。 2矿 山地质 条件 ～ 采选厂矿区位于云南省东北部 ， 以特 富铅锌锗 多金属矿床 ， 地 质储 量大 ， 矿石 品位 高， 且 富含锗 、 银 、 镉等多种稀贵金属而著称 ， 以开采硫化铅锌矿石 为主的麒麟厂则是该厂下辖的其 中一个。矿床位于 扬子准地 台西南缘 ， 滇黔褶断区的西部 ， 滇东北褶断 束南东部东川． 镇雄构造带 中的会泽金牛厂一 矿山厂 5 7 总第 4 9 4期 现代矿业 2 0 1 0年 6月第 6期 成矿带上。矿区构造 以发育北东一 南西向褶皱与断 层组成的背斜为特征。北东一 南西 向的断层是矿床 重要的控矿构造 ， 矿山厂 、 麒麟厂、 银厂坡断层组成 三重叠瓦状构造 ， 断层具多期活动特点 ， 与成矿关系 密切。麒麟厂区域构造发育有北西向断裂 、 麒麟厂 逆断层 ， 需要监测的 8 矿体赋存于下石炭统摆佐组 上部粗晶白云岩 中， 矿体顶 、 底板与围岩界限清楚 ， 沿层产出。矿体产状与地层一致 ， 走向北东 ； 倾 向南 东 ； 倾角 6 l 。～6 3 。 ， 埋深超过 1 O 0 0 m， 矿体上 、 下盘 均为中粗晶白云岩夹灰岩 ～ ， 见图 1 。 图 1 会 泽 铅锌 矿 矿 区地 质 构 造 图 3 岩体质 量 R MR分级及 评价 南非宾尼亚斯基 1 9 7 3年首次提 出用岩体质量 指标 R o c k Ma s s R a t i n g R MR来进行岩体分级 。z ． T ． B i e n i a w s k i 地质力学分级方法 ， 考虑多 因素对岩 体进行分级 ， 然后求其代数和 R MR值 来评价岩体 质量。参与评价因素有 ①完整岩石单轴抗压强度； ②岩石质量指标 R Q D； ③节理间距 ； ④节理性状 ； ⑤ 地下水状态； ⑥节理产状与巷道轴线的关系。根据 R MR分级方法分析结果及评分见表 1 。 表 1围岩及矿体 R MR分级 R MR分类结果表明 两种岩体及矿体均为中等 岩体 ， 其稳定性一般。 4 深部围岩失稳模式 根据对会泽铅锌矿 8 矿体深部现场T程地质 岩组特性及结构面类型的分析 m ] ， 主要有五种岩 体破坏形式。 4 ． 1 倒三角顶板 冒落 5 8 在现场调查过程 中发现 ， 有数量较多的采场及 大部分运输巷道 ， 由于组合节理组的切割， 形成了倒 三角形 楔形 岩块。经采矿工程开挖后 ， 由原来的 三向应力状态转变为两向应力状态 ， 在地应力 的影 响下 ， 容易沿结构面滑移 ， 产生顶板 冒落地压灾害， 简称为“ 倒三角” 顶板 冒落模式 。见图 2 。 图 2倒 三 角 顶板 冒落 模 式 4 ． 2 缓倾斜顶板岩层 冒落 通过现场调查及结合数据处理结果发现 ， 在每 组岩组中都存在至少一组缓倾斜节理组 ， 倾角近乎 水平状 ， 经过其他岩组切割后 ， 形成水平层状矩形块 体结构 ， 在上覆岩层来压的作用下 ， 岩体容易产生顶 板脱层冒落破坏 ， 简称为“ 缓倾斜顶板岩层” 冒落模 式 见图 3 ■ 图 3 缓倾斜顶板冒落模式 4 ． 3 单断层影响顶板 冒落 近断层附近的采场 ， 受断层的影响， 顶板结构破 碎 ， 稳定性较差 ， 容易产生顶板 冒落和片帮 ， 简称为 “ 单断层” 影响顶板 冒落模式。见图 4 一 ● ■■ ■_ 图 4 “ 单断层” 影响顶板 冒落模式 4 ． 4 双断层耦合响应的顶板冒落 现场调查 中发现， 少数采场受到两条断层的影 响 ， 采场处于两条断层的交汇处 ， 采场的矿体及 围岩 较破碎 ， 对采场顶板及边帮的稳定性影响较大， 简称 为“ 双断层” 耦合响应 的顶板冒落模式。见图5 。 4 ． 5 上盘开裂地应力响应的顶板 冒落 部分采场沿矿体走向布置， 在采场的上盘围岩 节理不发育 ， 节理组数一组或两组 ， 产状与矿体产状 相 同。由于采场的开挖 ， 上盘岩体 由三 向应力状态 裂 裂 性 断 面 线 性扭合界线 扭 床 整质面 压张矿假地剖 ， ＼ o 一 山 石山 石 山 石 灰 页灰 岩夹砂岩组 武岩岩夹砂影 玄 灰 一 石灯 统统白灰页统 叠 叠 系 系 系 旦 二二炭盆武震 上下石泥寒上 凸 c D ￡ 胡万宏何世林等 深部开采 围岩失稳模式分析 2 0 1 0年 6月第 6期 变成两向应力状态 ， 上盘围岩处于拉应力状态 ， 呈开 裂状态或者 沿结构 面滑移 、 剥落 ， 简 称为 “ 上 盘开 裂” 地应力 响应的顶板 冒落模式 。见图 6 。 图 5 “ 双断层” 耦合响应的顶板 冒落模式 图 6“ 上 盘 开 裂 ”地 应 力 晌 应 的 顶 板 冒 落 模 式 5 结论 对会泽采矿 的深部岩体结构面进行分级 、 类 型 及其特征的研究 ， 分析 了岩体稳定性的重要 不利结 构面因素 ， 进行 了岩体结 构分类 和稳定性评价。通 过现场调查 ， 总结 出了“ 倒三角” 顶板 冒落模式、 “ 缓 倾斜顶板岩层” 冒落模式 、 “ 单断层 ” 影响顶板 冒落 模式、 “ 双断层” 耦合响应的顶板 冒落模式 、 “ 上盘开 裂” 地应力 响应 的顶板 冒落模式等几种破 坏模式 ， 对产生顶板 冒落的原因进行了详细的分析 ， 同时为 选择合理的采矿方法和地压控制技术提供了重要依 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[ C] ． 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 1 2 0～1 2 8 ． [ 2] 刘晓辉． 基 于微震监 测数 据的岩爆预测研 究[ D] ． 北 京科 技大 学 ， 2 0 0 9 ． [ 3 J C h u n l a i w a n g ， Ai x i a n g W tl ， Xi a o h u i l i u， e t a 1 ．Me c h a n i s m s o f mi c r o s e i s mi e e v e n t s o c c u r r e d i n a d e e p h a r d r o c k mi n e o f C h i n a [ c] ．T h e 7 t h I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n R o e k b u r s t a n d S e i s m i c i t y i n Mi n e s ．Ri n t o n P r e s s ．Ne w Yo r k 2 4 5～2 5 0． [ 4 ] A i x i a n g W U ， C h u n l a i w a n g ， X i a o h u i l i u ， e t a 1 ． C h a r a c t e r i s i t i c s a n d m e c h a n i s ms o f r o c k b u r s t i n a d e e p mi n e i n C h i n a [ C] ．T h e 7 t h I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m 0 1 3 Ro c k b u r s t a n d S e i s mi c i t y i n Mi n e s ． Ri n t o n P r e s s ．Ne w Yo r k 1 0 3 7 ～1 0 4 4． [ 5 ] 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 ． [ 6 ] 胡万宏 ， 冯 志宏． 会泽铅锌矿深部矿岩岩体质量评价 分析 [ J ] ． 采矿技 术 ， 2 0 0 9， 9 1 7 6～ 7 7 ． [ 7 ] 云 南驰 宏锌锗 股 份 有 限公 司． 8号铅 锌 矿体 地 质勘 探 报 告 [ R] ． 云南驰 宏锌锗股份有 限公 司， 2 0 0 1 ． [ 8 ] 乔兰， 蔡 美峰． 新城金矿深部节理 裂隙调 查岩体质 量分 级评 价研 究[ J ] 中国矿业 ， 2 0 0 0 ， 9 4 6～ 8 ． [ 9 ] B H G布雷迫等 ， 地下采矿岩石 力 学[ M] 北京 煤 炭_T - 业 出版 社 ． 1 9 9 0． [ 1 O ] 中华人民共和国国家标准， 工程岩体分级标准[ s ] ． G B 5 0 2 1 8 9 4， 1 9 9 4． 收稿 日期 2 0 1 0 - 0 3 - 0 4 ◆ ⋯f ◆ ⋯f 4 - ⋯f ◆ ⋯ f ◆ ⋯f ● ⋯1 ◆ ⋯f 4- ⋯ f ◆ ⋯f ◆ ⋯ f 4 t - ⋯f ◆ ⋯ f ◆ 『 『 i I 4- ⋯ I ◆ ⋯_ ◆ ⋯ f ◆ ⋯f ◆ ⋯ ◆ ⋯f ◆ ⋯f ◆ l 『 f I ◆ l f i 】 ◆ 4 - 川 ◆ ⋯ f ◆ ⋯f ◆ ⋯ _ ． ⋯l ◆ ⋯ l ● ⋯f 4- ⋯ 1 ． ⋯f 4- l 『 ◆ ⋯f ◆ ⋯ f ◆ 川 ◆ ⋯ f ◆ l I J l ◆ ⋯I 4 - ⋯1 ． ⋯{ ◆ ⋯f ◆ l 『 f l 4 t - ⋯ f ◆ ⋯ l◆ 记者在线 我 国多省投入 巨资找矿 成本和难度将增大 目前 国内多个省份投人 巨资用于矿产勘查 ， 但 由于很多地表或者地壳浅层资源 已被发现， 找矿投 人成本和难度也将增大 。 近 13自河南省政府获悉 ， 未来 6 a 该省将 和国土 资源部合作 ， 计划 投入 1 0 0亿 元用 于矿产勘查 。河 南欲实施整装勘查项 目 1 3个、 重要 矿产勘查项 目 2 3个、 矿产远景调查项 目6个 ， 预期提交大型 、 超大 型矿产地 8～l 2处 ， 累计查 明矿产资源价值不低 于 3万亿元 ， 发现矿产资源价值不低 于 9万亿元 。预 计新增资源量 煤炭 1 0 0亿 t 、 铁矿石 7亿 t 、 铝土矿 4亿 t 、 金金属 2 6 0 t 、 银金属 6 O 0 0 t 、 铅锌矿 3 0 0万 t 、 钼金属 3 0 0万 t ， 其总价值将超过 9万亿元 的矿产资 源 。 此前不久 ， 中国地质调查局、 中央地勘基金中心 和内蒙古国土资源厅共同召开的内蒙古重点成矿带 地质找矿成果交流与部署研讨会则宣称 ， 中国地调 局初步落实近期集中向内蒙古地质调查和矿产评价 项 目投入资金 2亿元 。中央地勘基金中心已安排项 目资金 2 ． 1亿元 ， 用于 2 0 1 0年内蒙古东胜煤 田 1 2 个普查项 目的续作。内蒙古 自治区也将在地质勘查 基金中增加新的基础地质调查 和矿产资源评价项 目， 加大专项资金投入力度。从各方面收集到的消 息来看 ， 2 0 1 0年以来国内许多省份都加大 了找矿资 金的投入力度。 5 9