金属矿海底基岩开采技术.pdf

底安全开采技术,探索海底金属矿床开采合理结 构参数和最佳回采顺序,研究滨海金属矿床低沉 降安全开采方法 ; 最后建立海底开采地下水与岩 层 变形安全监测系统 , 对海底开采岩层变形采用 多点位移计进行监测 , 根据监测数据建立海底开 采岩层变形安全监测系统,以实现海底金属矿安 全开采 “ 海底基岩开采相似模拟试验 由于海下金属矿开采的特殊性, 矿体厚大 成 因复杂 , 开采时间长 , 特别是海底开采上部为海 水, 开采过程中由于地应力场不断改变,若不能有 效地控制好金属矿海下开采的岩移与变形大小与速 度, 必将导致采空区上方的破碎带上移, 最终使破 碎带与上部海水层贯通,引起淹井事故 “ 为此, 有 必要对海底开采进行相似模拟试验“ 海底开采矿岩 力学相似物理模型试验系统由试验台 液压伺服泵 站 水平和竖向压力伺服加载装置 模拟原岩应力 顶部水压力伺服加载装置 模拟海水压力与流固祸 合模拟加载 控制量分析软件和其他测量装置等 构成 “ 水平侧压力加载装蓝 水平侧压力加载装置为闭合回路油液压伺服加 载装置,可模拟加载现场原岩应力场 “ 包括液压伺 服泵站 液压油缸和试验台座“ 液压伺服泵站与固 定于反力框架柱液压油缸相连, 给伺服液压油缸提 供稳定动力“ 水平侧压力加载装置包括压力 位移 测量传感器各一个 “ 液压伺服泵站由与之相连的计 算机内的专业软件操作控制, 可实现力控和位控两 种形式加载 “ 竖向压力和水压加载装里 竖向压力加载装置有两种不同的加载方式 第 一种是不考虑流固祸合深部开采模拟加载 “ 在水箱 底部直接安装 20 mm 厚加载钢板, 从而模型顶部 试验压力 “ 第二种是考虑流固藕合深部开采承压突 水模拟 加载 “ 直 接给模 型 顶部施 加一 定预 压力后 , 向水箱注水 , 通过竖 向水压加载 装置控制水压 力大 小 从而实现承压突水模拟加载 “ 初步模拟试验 为了验证研发 的水下开采顶板渗流突水试验 方法及装置的可行和有效性,采用水泥砂浆制作了 长 1dl 2mm 高 8田 mm 宽 Z刀mm 的试验模型, 进行了初步试验“ 初步试验结果表明试验装置可以考 虑增加竖向压力或者调整模型两侧压力, 使得模型发 生突水“ 模型试验可得出发生承压突水的临界突水高 度, 以 及每个施工步骤后的模型的裂缝和位移分布 “ 模型箱顶部采用直接伺服水压加载,模型箱两 侧采用伺服液压加载 , 能够模拟 2 000 m 左右的 深部复杂应力 水压力及采动影响联合作用下突水 发生过程 “ 采用观测裂缝发生 发展和破坏的体式 显微镜以及基于数字图像分析位移的先进测量设备 可从宏细观层次进行突水机理试验研究 “ 选用固体 石蜡和液体石蜡作为胶结剂, 河沙和重晶石粉作为 骨料 “ 将采用固体石腊和液体石蜡为胶结剂制作的 同组试件置于水中分别浸泡 3 天和 7 天后,与未浸 泡的试件进行力学参数测试 “ 实验结果表明, 浸泡 后试件的力学参数与未浸泡的试件基本相同, 浸泡 时间的长短对实验结果没有影响, 表明模型试件能 应用于流一固祸合实验研究 “ 根据实验结果, 用相似比 1 1田 与安全厚跨比 公式 H2 0 . 5 nw , n 为安全系数, 取2 0, W 为采 场跨度 进行换算得出 顶板厚度大于4 0m 时岩层 不会产生突水, 顶板安全厚度小于 4 0m 后, 顶板层 出现突水特征 ; 当跨度大于 o. 4 m 时, 模型顶板中拉 应变显著增长, 产生拉破坏“ 声发射系统监测结果 表明,随着开挖的不断进行, 采场顶部中心附件的 声发射信号逐渐增强, 随后声发射信号在采场顶板 不断上移, 表明了顶板裂隙在逐步扩展 贯通 ; 当 开挖 D . 4 m 后, 随着实验进行, 该处声发射 A E事件 越来越多, 表明裂纹在该处形成较多, 并且不断出现 裂纹扩展和贯通, 引发顶板的突水“ 综上所述, 根据海底开采技术条件, 可总结出 5 个具有代表性的海底金属矿基岩开采方案 脉内 采准中深孔落矿嗣后充填采矿法 岩层微扰上向水 平充填采矿法 岩层微扰免压拱脉外采准点柱式分 层充填采矿法 岩层微扰低沉降房柱式分层充填采 矿法和高进路充填采矿法 “ 5 个方案均采用铲运机 出矿 , 现 已经在我国三 山岛矿山 良好 应用 , 得到矿 山客户的高度认可和一致好评 “ 诞 3Mq2 / /in in g1u iPm e nt