自然崩落法(下)

自然崩落法的岩石力学工作与矿石崩落块度

２００３　年　８　月　中国有色金属学会第五届学术年会论文集 Aug ．　２００３　收稿日期：２００３－０７－２１　作者简介：张东红（１９６４－），男，山西省平陆县人，高级工程师，主要从事矿山地质工作．　自然崩落法的岩石力学工作与矿石崩落块度　张东红　（山西垣曲铜矿峪矿地测科，山西　垣曲县　０４３７０６）　　摘要：介绍了运用自然崩落法采矿工艺时开展岩石力学工作的方法，在总结铜矿峪矿５号矿体８１０中段矿石崩落块度的基础上，主要分析了影响矿石崩落块度的因素，提出了降低大块的措施。　关键词：自然崩落法；崩落块度；岩体构造；节理裂隙　Ｒｏｃｋ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｏｆ　Ｂｌｏｃｋ　Ｃａｖｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　Ｏｒｅ－ｃａｖｅｄ　Ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　Ｚｈａｎｇ　Ｄｏｎｇ－ｈｏｎｇ　（Ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｓｕｒｖｅｙ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｏｎｇｋｕａｎｇｙｕ　Ｍｉｎｅ，Ｙｕａｎｑｕ　Ｃｏｕｎｔｙ　，Ｓｈａｎｘｉ　０４３７０６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｒｏｃｋ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｗｏｒｋ　ｗｈｉｌｅ　ｕｓｉｎｇ　ｂｌｏｃｋ　ｃａｖｉｎｇ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｉｇｈｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｒｅ－ｃａｖｅｄ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｎ　８１０　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　５＃　ｏｒｅ　ｂｏｄｙ　ｉｎ　Ｔｏｎｇｋｕａｎｇｙｕ　Ｍｉｎｅ，　ｍａｉｎｌｙ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ａｆｆｅｃｔ　ｏｒｅ－ｃａｖｅｄ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｏｍｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｏｖｅｒｓｉｚｅｄ　ｆｒａｇｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：　Ｂｌｏｃｋ　ｃａｖｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ；　Ｃａｖｉｎｇ　ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ，　Ｒｏｃｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　Ｊｏｉｎｔ　ｆｉｓｓｕｒｅｓ自然崩落采矿是依靠岩体内部自然力的变化来破坏各种结构面和结构面的岩桥，形成与岩体分离的脱离体，并在重力作用下自然落矿。在这一动力学过程中，原岩应力及各种采矿工程（拉底、割帮等）所产生的次生应力场的大小及作用方式是矿体发生破坏的先决条件，而矿体中不连续面的存在，特别是它们的数量、分布规律、空间结合的特点，是确定矿体崩落难易程度、崩落块度大小和形状的决定性影响因素。　结构面是岩体中没有或具有低抗拉强度的力学不连续面的总称。它包括原生结构面、构造结构面及次生结构面。因此它是节理、层面、片理面、劈理面、劈理面断层等的总称。　在论证是否要应用自然崩落法采矿以及怎样布置工程时，必须对开采对象及其影响范围内的岩体构造、原岩应力进行全面调查，研究岩体构造面的几何参数、空间分布规律、结构面表面的力学性质等，便于进行可崩性论证，预测矿石崩落块度和进行巷道稳定性分析。　１岩体构造调查成果　岩体构造调查的重点是研究岩体结构面的空间分布情况（产状、位置）和表面状态、性质等，进而统计出节理分组情况、间距以及岩体质量指标等反映岩石力学性质的特征值。　坑道工程调查要测量节理的空间位置，记录节理的产状、持续性、粗糙度、张开度、充填物、渗水性和岩性。调查结果：５号矿体节理倾向丰度较高的区域为２６０°～３２０°和１１０°～１７０°，分别第一组和第二组，其平均倾角分别为５９．１和５５．７。节理频率和平均间１。节理面粗糙度统计见表２。　表１　节理频率及平均间距统计表　结构面频率（条／ｍ２）　平均间距（ｃｍ）　标高（ｍ）　最小最大　平均　最小　最大　平均　８１０　６．１　１１．９　８．４　８．４　１６．３　１１．８　６９０　３．５　６．２　４．７　１６．１　２８．６　２１．２　　表２节理面粗糙度统计表　标高（ｍ）　平面形（％）　波浪形（％）　台阶形（％）　８１０　７７．６　２０．０　２．４　６９０　７３．８　２４．８　１．４　　节理张开度类型以闭合节理为主，占节理总数的６９．９％，张开节理占２９．４％，愈合节理很少。钻探岩芯调查主要研究节理分布数量、节理面特征、统计ＲＱＤ值和破碎带情况，并取部分岩心进行岩石物理力学性质研究。通过钻孔岩心调查，　５号矿体节理密度为３．３４条／ｍ，ＲＱＤ值的平均值为７２．７３％。

阶段自然崩落采矿法的拉底方法

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟阶段自然崩落采矿法的拉底方法拉底方法有浅孔拉底和深孔拉底（见图1，2）两种方法。拉底巷道一般布置在出矿水平以上4～15m，掘进与漏斗间距相同的互相平行的拉底巷道。出矿水平与拉底水平之间的距离主要取决于矿岩的稳固性和选用的拉底方法。图1 重力出矿1-运输巷道;2-放矿溜井;3-分支溜井;4-格筛巷道;5-漏斗;6-拉底巷道;7-拉底炮孔;8-联络道图2 铲运机出矿系统1-铲运机道;2-装矿进路;3-平底V 形槽;4-拉底巷道;5-出矿堑沟炮孔;6-拉底炮孔;7-放矿溜井;8-运输巷道;9-回风联络巷道;10-回风巷道最低的拉底高度是拉底后，漏斗间的脊柱不致阻碍上部矿石自然崩落。即在拉底水平不能有支撑点。浅孔拉底的高度为2.5～5.0m。使用深孔（或中深孔）拉底时，要求拉底后在漏斗脊柱之上必须形成高度大于3.0m 的拉底空间。拉底速度要与崩落速度和产量相适应。在初期，拉底不宜太快，使次生应力得到充分发展，有利崩落，但也不宜太慢或停顿，这对出矿巷道不利，应保持均匀推进。随着生产经验积累，可以适当加快拉底速度。随崩落线推进顺序爆破拉底炮孔，每次爆2～3 排（约5m）。每次爆破以后必须仔细检查是否留下残柱，一旦发现留有残柱，一定要及时处理，否则将会阻止矿石自然崩落，并对出矿巷道产生应力集中。拉底一般从靠近已崩落矿块的一侧，或从矿体上盘开始，沿对角线方向呈阶梯状推进，要严格控制相邻拉底超前距离，一般在 15m 以内为好。当矿体中品位分布不均时，为了尽早回收资金，一般把初始拉底选择在高品位矿段。从岩石力学的观点出发，应先从软弱矿段开始拉底，有利于矿石崩落，并且对维护出矿巷道也有利。在有大的构造断层穿过开采矿段时，拉底线一定要垂直断层走向推进。要注意拉底推进线的方向尽可能与原岩水平主应力方向一致，拉底水平面积的形状最好呈矩形，且矩形的长边垂直于

自然崩落法采矿方法的实践应用1

自然崩落法采矿方法的实践应用万相宗（安徽省铜陵县牛山矿业有限责任公司）主题词：采矿方法有底柱无底柱自然崩落法（摘要：铜陵县牛山矿业公司虎山硫铁矿3#矿体为褐铁矿，较松散不稳定，难以开采。选择有底柱自然崩落法开采二年来，管理得当，安全生产无事故，年产矿石达六万多吨。确实达到了安全、高效、稳产的效果。）铜陵县牛山矿业有限责任公司虎山硫铁矿3#矿体属于小型铁矿体，总储量约为20万吨。位于牛山矿段94线至100线之间，走向135o，矿体宽10～25m不等，长约100m，矿体倾向北东，倾角近直立，矿体赋存标高为+63～-29m。+34m以上矿体由露于进行开采。矿体为褐铁矿，较松散不稳定，矿石品位较稳定，Fe在40%～55%之间，矿体不含水。矿体呈墙状产出，矿体基本上控制在石炭系黄龙组与船山组之间，上盘围岩溶蚀少，较稳固，下盘围岩有较多溶洞发育，且溶洞均被矿岩充填，稳定性差。 3#矿体为斜井开拓，已开拓了0m和-20m二个中段，中段高分别为30米和20米。一、原采矿方法的选择本矿体采矿方法原推荐方案为点柱式上向分层充填法，充填料以井下废石为主，电耙出矿。根据实践证明，原方案存在一些问题，主要表

现在： 1、原方案中未能考虑矿石非常松散、易垮落的特点，使巷道支护工作量非常大，安全性较差。 2、原方案中充填成本较高，且要布置专门的取料通道和溜矿井。 3、技术复杂，较难操作，并且点柱不足以承受地压。 4、电耙道支护量大，维修时安全性低。根据铜陵县牛山矿业公司3#矿体的实际情况，上述采矿方法不适用于对3#矿体的开采。必须选择合适的采矿方法来满足对3#矿体开采的需要。二、变更后采矿方法的选择牛山矿业有限责任公司虎山硫铁矿3#矿体矿石非常松散、易垮落的特点比较符合自然崩落法对矿体的要求，故选择自然崩落法比较适宜。（一）有底柱自然崩落法 1、沿矿体顶底板在围岩内掘进沿脉巷道，然后掘进穿脉贯通矿体，沿脉运输大巷距矿体应在5米左右为宜。在矿体内掘进平底漏斗结构，上向爆破形成采场。 2、采场要素：穿脉间水平距离为10米；平底结构平行布置，二条穿脉斗穿交错布置，间距为6～8米；斗穿长度为5米，斗颈2米；漏斗上向倾角（扩漏斗）为45o。 3、支护形式主要为木支护，圆木小头直径0.16～0.22米，支护间距0.5米，支护棚脚用圆木做基础梁，基础梁的作用是防止支护棚下沉，保证保证巷道断面尺寸。梁埋于地下，支护棚顶、邦用木板背实。因矿

自然崩落法底部结构应力状态研究

Series No．500February一2018一一一一一一一一一一一一一一金一一属一一矿一一山METAL MINE 一一一一一一一一一一一一一一一总第500期 2018年第2期收稿日期一2017-09-05 作者简介一者亚雷(1989 ),男,硕士研究生三自然崩落法底部结构应力状态研究者亚雷一侯克鹏一程一涌一杨八九 (云南亚融矿业科技有限公司,云南昆明650093) 摘一要一以普朗铜矿为研究背景,通过分析拉底工程在自然崩落法中的重要性,应用FLAC 3D 数值模拟软件,研究拉底过程中,逐渐增大拉底推进线尺寸时,底部结构应力状态的分布情况,得到一个聚矿槽开挖距拉底推进线较有利的距离三并且,在实测地应力的基础上,通过改变水平构造应力值,研究了4种不同应力状态下,底部结构的应力分布情况,分别得出有利于矿石崩落及底部结构稳定的应力状态三该研究成果将对自然崩落法矿山的采矿工艺设计和安全生产具有指导作用三关键词一自然崩落法一拉底推进线一底部结构一水平构造应力一一中图分类号一TU528．31一一一文献标志码一A一一一文章编号一1001-1250(2018)-02-061-03 一一DOI 一10．19614/j．cnki．jsks．201802011 Research on Bottom Structural Stress State by Natural Caving Method Zhe Yalei一Hou Kepeng一Cheng Yong一Yang Bajiu (Yunnan Yarong Mining Technology Co ．,Ltd ,Kunming 650093,China ) Abstract 一With the Pulang copper mine as background,the importance of the undercutting project in natural caving was analyzed．With the use of FLAC 3D numerical simulation software,the distribution of the bottom structural stress state is studied during the process of undercutting,with the size of the undercutting line gradually increasing．A more favorable distance from the undercutting line to the poly trough was obtained．On the basis of the measured ground stress,and through changing the hor-izontal structural stress values,the stress distribution of the bottom structure were described under four different stresses．The stress state which is beneficial to the ore caving and the stability of the bottom structure was determined．The research result can provide a guide for designing mining process in mine with caving method and safety production． Keywords 一Natural caving,Undercutting line,Bottom structure,Horizontal tectonic stress 一一自然崩落法是在开采矿体出矿水平上部,通过拉底形成一定的冒落空间,在有需要的情况下,施加辅助工程,使原岩应力发生改变,朝着矿体破坏二冒落的方向发展[1]三拉底工作是该采矿方法开展的首要任务,对落矿的成功与否起着决定性作用三拉底扰动所引起的次生应力,使矿体原有的稳定状态不能够继续维持,达到最终冒落,其中构造应力的作用是主要的动力[2]三因此,研究拉底过程及不同构造应力条件下,底部结构的应力状态,对矿山生产具有重要意义三本项目以普朗铜矿自然崩落法为研究背景,由于受地理环境条件限制,该矿山不能采用露天开采三且因其矿石品位低,矿体厚大,倾角近乎垂直,崩落空间充裕,矿岩易崩落,矿石无自燃和黏结性,地表容许塌陷等,使自然崩落法有可能成为该矿山的一种较为理想的采矿方式三 1一拉底影响因素及重要性拉底的作用主要是:首先为矿石崩落形成足够的空间尺寸,以使矿石能在自身重力下崩落;其次在形成的初始崩落时对周围岩体的破坏最小;最后在时间上尽可能快地推进到崩落水力半径,开始崩落,以减少拉底的集中应力三拉底虽然只是矿体的切割工作,但其影响因素很多,主要包括:拉底方式,拉底相关巷道的掘进顺序,拉底推进线二出矿巷道掘进推进线和出矿推进线等的相对位置,拉底推进的起始点和推进方向,拉底的推进速度,拉底高度及三维空间形状三拉底的好坏是自然崩落法成功与否的关键,同时也与底部结构直接相关三拉底的形式和时间对底部结构的稳定性有着重要的影响,主要是因为在拉底推四 16四万方数据