深部开采矿山岩爆倾向性研究.pdf

ISSN 1671-2900 CN 43-1347/TD 采 矿 技 术 第17卷第2期 Mining Technology, Vol. 17,No.2 2017年3月 Mar.2017 深 部 开 采 矿 山 岩 爆 倾 向 性 研 究 邹平1,3,曹宇2 , 胡 培 良 ， 孟中华刘正宇1 1.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖 南 长 沙 410012; 2.湖南瑶岗仙矿业有限责任公司, 湖 南 郴 州 市 424209; 3.中南大学资源与安全工程学院， 湖 南 长 沙 410083 摘 要 岩爆是深部开采中最为常见和严重的岩体破坏现象。针对湖北某矿深部开采过 程中遇到的岩爆问题， 分别采用脆性系数判别法、 弹性变形能指数判别法、 冲击能指标判 别法、 岩体结构判别法对该矿3种岩石的岩爆倾向性强度等级和顺序进行了判别， 并据此 提出了相关建议， 以减小该矿深部开采岩爆灾害的发生。 关键词深部开采;岩爆;倾向性； 综合判别 0引 百 近年来， 我国大批金属与非金属矿山已转人深 部开采阶段,如红透山铜矿、 冬瓜山铜矿、 弓长岭铁 矿 、 夹皮沟金矿、 湘西金矿、 山东玲珑金矿等矿山的 开采深度都已超过800 m[l]。深部开采带来的岩爆 问题严重威胁到井下作业人员和设备的安全， 必须 引起足够的重视。岩爆是处于高地应力或极限平衡 状态的岩体或地质结构体,在开挖活动的扰动下， 其 内部储存的应力能瞬间释放,造成开挖空间周围部 分岩体从母岩体中急剧、 猛烈地突出或弹射出来的 一种动态力学现象[2]。 岩爆涉及岩性、 岩体结构和应力环境三个方面。 目前岩爆研究思路大致为首先进行岩爆机理研究, 测定岩爆倾向性指标， 提出岩爆判据。根据判据， 借 助于有限单元等方法进行数值模拟， 分析岩体工程 围岩的应力分布， 优化采场结构参数， 控制采矿工程 的岩爆发生， 并安装监测仪器监测岩爆与预报岩爆, 以采取措施减轻或消除岩爆危害[36]。 1工程概况 湖北某矿从1974年开始建矿， 经 过 40多年的 地下开采， 在井下已形成了 16个开采中段， 目前主 要的生产和开拓中段为-530,-570,-600 m中段， 开采深度为700〜 800 m。随着开采深度的增加， 地 压活动越来越频繁， 在进行深部-530,-570 m巷道 开拓和矿体开采时发生了片帮、 开裂甚至岩爆等地 压活动现象。 矿体赋存于石英闪长岩与大理岩接触带上， 矿 体为含铜矽卡岩、 含铜矽化大理岩及含铜石英闪长 岩,为坚硬性脆的地质体， 围岩坚硬致密， 抗风化能 力较强， 稳定性好。 矿床内的工程地质岩组主要有大理岩、 矽卡岩 和石英闪长斑岩 1 大理岩岩组 灰色， 主要矿物为结晶方解 石 ， 结构致密， 块状构造， 岩石稳固性、 完整性较好。 按工程岩体分类,为块体结构。 2 矽卡岩岩组灰褐色， 主要矿物为石榴子， 其次为透辉石。结构致密， 块状构造。岩石稳固性、 完整性好,属块体结构。 3 石英闪长斑岩岩组 灰色， 主要矿物为长 石 、 石英及云母。多为斑状结构、 块状构造。在节理 裂隙发育处或岩石强烈蚀变处， 岩石较破碎。新鲜 岩石比较坚固和完整。工程岩体分类为块体结构。 总体工程地质类型属简单类型。 2岩爆倾向性判别 岩爆倾向性是指岩石自身具有的发生岩爆的内 在特性。岩爆倾向性研究是从岩石的强度特性和变 形特性着手进行岩爆预测研究。目前， 用于岩爆倾 向性判别的方法主要有脆性系数判别法、 弹性变形 能指数判别法、 冲击能指标判别法、 岩体结构判别法 等[ 7 1 1 ] 该矿岩石均为坚硬、 较坚硬的岩石， 岩体质量、 完整性及其稳定性较好， 且其工程地质条件较好。 在岩体结构和应力环境两方面明显具备发生岩爆的 条件， 因此， 只要对岩石的岩爆倾向性进行研究就可 以预测是否会发生岩爆。 邹平， 等 深部开采矿山岩爆倾向性研究51 2 . 1 脆性系数判别法 陆家佑教授根据岩石的单轴抗压强度和抗拉强 度提出了岩爆的强度脆性系数（ 尺）（ 尺）判别法 通常发 生岩爆的岩石为致密的硬岩 60 MPa ，60 MPa ，当圪圪 及 及时，，将产生岩爆， 及， 及值越大说明岩石的脆性越 大，，则岩爆发生的倾向性越大。。其判别准则为 1 及95rn 岩体结构面并不发育， 岩石抗压强度较高 中等岩爆 矽卡岩95rn 岩体结构面并不发育， 岩石抗压强度较高 中等岩爆 2 . 5 岩爆倾向性综合判定 根据以上4 种岩爆倾向性判别方法的分析结果 来看， 由于每一种岩爆倾向性判别方法均具有一定 的局限性， 对同一种岩石采用不同的方法得到不同 的结论， 因此需要综合各种方法的分析结果来判别 湖北某矿矿岩的岩爆倾向性， 综合判定结果见表5。 表 5岩爆倾向性综合判定结果表 5岩爆倾向性综合判定结果 岩 石 脆 性 名 称 系 数R 弹性变形能 指 数 冲击能 指 标 〜 岩体结构 综合判定 岩爆倾向性 大理岩无岩爆无〜中等岩爆无岩爆无岩爆无岩爆 闪长岩 无岩爆强烈岩爆无岩爆中等岩爆中等岩爆 矽卡岩 无岩爆 中等岩爆无岩爆中等岩爆无〜中等岩爆 3结 论 1 岩爆是深部开采中最为常见和严重的岩体 破坏现象。岩爆倾向性是岩石自身发生岩爆的内在 特性， 是研究岩爆的基础。 2 采用脆性系数判别法、 弹性变形能指数判 别法、 冲击能指标判别法、 岩体结构判别法对湖北某 矿深部开采的3 种岩石的岩爆倾向性进行了判别， 其综合判别结果为大理岩无岩爆倾向性;闪长岩为 中等岩爆倾向性;矽卡岩为无〜中等岩爆倾向性， 其 岩爆倾向性顺序为 闪长岩5夕卡岩 大理岩。 3 根据岩爆倾向性的判别结果， 建议该矿在 深部开采过程中尽量将巷道布置在无岩爆倾向性的 大理岩岩体中， 以减少岩爆灾害的发生。 参考文献参考文献 [1] 李冬青,王李管， 等.深井硬岩大规模开采理论与技术[M]. 北京金工业出版社. [2] 郭 然 ,潘 长 良 ， 于润沧.有岩爆倾向硬岩矿床采矿理论与技 术[M]. 北京金工业出版社. [3] 崔曙忠.某铁矿中厚及以上缓倾斜矿体采矿方法研究[J].金 属矿山， 2012,4348 21-24. [4] 王伟,王恩元.岩爆预测技术综述及发展分析[」 ].矿业安 全与环保， 2003,304 12-15. [5] 彭振斌， 方建勤， 颜荣贵， 等.硬岩矿山深井岩爆预测方法的 研究[J].矿冶工程， 2003,235 8-11. [6] 谢学斌.硬岩矿床岩爆预测与控制的理论和技术及其应用研 究[D]. 长沙 中南工业大学， 1999. [7] 周宗红， 侯克鹏， 金小川.会泽铅锌矿深部岩体岩爆倾向性实 验研究[J].昆明理工大学学报（ 自然科学版） ， 2014,39 1 21-25. [8] 李丽娟， 曹 平 ， 陈 瑜 .深井矿山开采中岩爆发生机理及其 预测方法研究[」 ].南华大学学报（ 自然科学版） ， 2008,22 4 80-83. [9] 张继忠， 孙广义， 杨海军.东海煤矿深部岩爆倾向性评价[J]. 采矿技术， 2009,9218-19. [ 1 0 ] 金小川， 周宗红， 章雅琦， 等.岩爆的深度判定法及应用[J]. 矿业研究与开发， 2013,33 169-72， 120. [ 1 1 ] 李庶林， 唐海燕.岩爆倾向性评价的弹性应变能指标法[J]. 矿业研究与开发， 2005,25516-18,61. 收 稿 日 期 2017-01-17