金属矿山采场稳定性评价方法进展与展望

影响矿山采场稳定性的因素错综复杂,为了减少矿山采场开采过程中人为因素的影响,对矿山采场的稳定性进行分析评价是十分必要的。概述了金属矿山采场稳定性评价体系由依赖单一岩体质量评价指标到多指标定量定性分析的发展历程,总结了经典力学解析法与评价体系中应用较多的工程类比法、Mathews稳定图表法与国标评价法,介绍了数值模拟法、不确定理论法和神经网络法评价体系在金属矿山中的应用。根据目前各评价系统的应用情况,分析其存在的问题与不足。研究结果表明,在金属矿山中,各类评价体系均有其优势与不足,针对不同类别、不同大小的矿山应采用不同的评价体系进行分析评价。提出要借助现代计算机技术,实现基础数据的日常化快速采集与信息化管理,从而实现采场稳定性的快速连续评价,并且应根据深部岩体“三高一扰动”的恶劣赋存条件,探究适用于深部采场的稳定性评价体系。

基于水压致裂法的三山岛深竖井工程区地应力测量与反演分析

山东省三山岛西岭矿区拟建2000 m深副井,属于超深井建设工程。揭示建井工程区地应力场特征是开展竖井设计、建设施工的必要先决条件之一,研究中采用水压致裂法开展了深部竖井地应力现场测量工作,测量深度达到1899.00 m,通过数值仿真模拟方法反演了竖井工程区2017.56 m深的地应力场。结果表明:在水压致裂测试的钻孔357.76~1899.00 m深度范围内,最大水平主应力(SH)为23.16~70.86 MPa,最小水平主应力(Sh)为15.24~47.06 MPa;主应力随深度近于线性增加,地应力测量孔实测最大水平主应力方向分别为NW55.5°、NW60.4°、NW58.4°,为近北西方向;竖井工程区应力场主要以水平应力为主导,1200.00 m以下铅直主应力(Sv)为中间应力,SH与Sv之比平均值为1.53;通过FLAC 3D软件的反演分析获得了建井工程区内地应力场随深度、地层变化的分布规律,测试点的反演结果与实测值基本一致。近2000 m超深地层地应力状态及其分布规律,为竖井工程的井筒井壁设计和工程风险评估提供了基础科学依据。

单轴压缩条件下锚固节理岩体变形特征试验研究

基于相似定律研制了新城金矿真实岩石和锚杆的相似材料,开展了单轴压缩条件下锚固节理岩体破坏过程的相似模拟试验,采用数字图像相关技术(DIC)和分布式光纤监测技术分别对锚固基体和锚杆的变形过程进行监测,重点研究了锚杆安装对节理岩体变形特征的影响。研究结果表明:锚杆控制了节理岩体的剪胀和沿节理面的剪切滑移,进而控制了围岩沿锚杆轴向的变形,与锚杆安装位置越接近,锚杆控制围岩变形的能力越强;锚杆提高了节理岩体的抗剪切能力,从而对节理岩体沿锚杆法向的变形起到约束作用;节理的存在导致锚固节理岩体中存在弱应力区和弱锚固界面,使得锚杆与围岩间的载荷传递受限,最终影响锚固效应的发挥。

基于JKSimBlast软件的露天矿爆破毫秒延期时间优化

随着数码电子雷管的广泛使用,实现逐孔毫秒精确延时爆破成为可能。为选取最优的孔间和排间毫秒延期时间,基于JKSimBlast爆破模拟软件,在给定的孔网参数和装药结构下,结合矿山常用经验公式,使用二分法设计孔间和排间毫秒延期时间的两因素三水平模拟方案,以最大起爆孔数、质点峰值振动速度和空气冲击压力等参数为指标,选择最优毫秒延期时间。然后,将模拟得到的优选方案与经验方案进行现场爆破试验对比,以爆破块度和爆破振动为指标对爆破效果进行评价。与原方案相比,优化后方案的爆堆大块率从14.30%降至7.94%,测量点爆破振动速度均值从11.682 cm/s降至6.418 cm/s,表明JKSimBlast爆破模拟软件能够较好地进行露天台阶爆破延期时间的优化设计。

阿尔哈达铅锌矿采空区群治理方案

针对阿尔哈达铅锌矿历史遗留的采空区群治理问题,基于三维激光扫描技术定性分析了采空区的稳定性,定量计算了各采空区的体积,并给出采空区充填顺序;采用室内试验的方式进行了充填体力学性能和充填浆体物理参数试验,试验结果表明:配比为灰砂比1∶6,质量浓度75%的充填体可以用于冬季低温时人工假底充填;配比为灰砂比1∶8,质量浓度75%的充填体可作为普通充填使用。采用液体静力水准仪对采空区群地表进行监测,监测结果显示地表最大累计沉降值约为8.5 cm,地表沉降趋于稳定,验证了采空区群治理方案的合理性。研究成果可为类似金属矿山大规模采空区群治理提供参考。

津巴布韦某铜矿石选矿试验

津巴布韦某铜矿石铜品位4.08%,主要铜矿物为黄铜矿,嵌布粒度较粗,-0.074 mm约65%,94.86%的铜以硫化铜的形式存在。为确定该矿石适宜的选矿工艺流程,采用浮选工艺对其进行选矿试验。在浮选浓度32%左右、磨矿细度-0.074 mm 52.33%、p H调整剂氧化钙用量1 000 g/t(p H=11.5)、捕收剂丁基黄药用量80 g/t、起泡剂MIBC用量21 g/t的条件下,原矿经1粗2精1扫闭路浮选流程选别,可获得产率18.67%、铜品位20.95%、回收率95.87%的铜精矿,指标较好,试验结果对该类铜矿石的高效利用具有一定的指导意义。

三山岛金矿西山矿区通风系统优化

三山岛金矿西山矿区采用主混合井、主斜坡道、进风井、辅助斜坡道进风,南、北两翼回风井回风的通风方式。随着矿区向深部开采,回风系统工程欠缺,总风量不足,通风效果较差,导致深部高温高湿热害日益凸显,作业环境条件更加恶劣。为优化三山岛金矿西山矿区通风系统,通过井下现场调研、机站优化设置、新增通风井巷工程和通风构筑物设置等措施,确定了三山岛金矿西山矿区多级机站通风技术优化方案。方案实施后,各水平风量合理分配,采掘工程按需通风,通风效果良好,井下作业环境得到明显改善。

基于钻孔岩芯岩石质量指标和岩体块度指数岩体质量分级对比应用

不同的岩体质量等级需采用不同的支护措施,对岩体质量进行评价是保障矿山安全生产的重要环节。常用的Q系统评价法、RMR分级法与BQ分级法等体系分级法虽更加准确,但部分参数难以获取,可以在生产过程中用指标法先行进行简单分级。利用岩石质量指标(RQD)和岩体块度指数(RBI)两种单一指标法对焦家金矿工勘孔进行了简单的岩体质量分级。两种指标法的分级结果大部分较为一致,结果表明,焦家金矿深部盲竖井区域大部分岩体质量为中等的Ⅲ类岩体,岩石较为完整,仅个别深度井壁需要重点支护。通过对比两种分级方法的结果发现:相比岩体块度指数,岩石质量指标存在一定的局限性,岩体块度指数在一定程度上更能反应岩芯的真实破碎状态,在岩石质量分级过程中更准确一些。在今后的生产工作中值得进一步应用和优化。

基于三元混合模型的滨海金矿矿井涌水水源分析

为查明三山岛深竖井建设区域矿井涌水源,选用三元混合模型分析法对三山岛矿井涌水水样进行化验分析,利用矿化度(M)和SO2-4、Mg2+浓度的线性相关性,建立地下矿山涌水源三元混合模型并计算。结果表明:模型方法简单便于操作,能够很好地判断矿井涌水水源构成;矿井涌水在浅部主要来源于海水,其次是基岩卤水,少量第四系水,随深度增加,基岩卤水比例增加,海水和第四系水占比显著下降。

某矿山典型断层区域微震事件活动特征研究

应用地球物理学的方法,基于微震数据反演分析了岩体破裂特征和断层滑移特征。矩张量反演分析可以清晰地表达震源处受力情况,且应用矩张量分解可以探知震源的破裂面产状及震源的破裂类型。应用矩张量反演分析方法,对某矿山震级大于-0.50的微震大事件进行识别。以偏量部分大于60%为分类原则,分离出岩体剪切滑移型微震事件,并根据微震事件断层面解,绘制了岩体破裂面方位玫瑰图。结果显示:F 310断层活动频繁、微震事件震级相对较大,且岩体破裂面方位以NEE—SWW为主。矿区W9勘探线至W11勘探线为微震事件高发区。F 350断层相对稳定,但该断层与矿体相切,增大回采和开拓工作量时,应密切注意断层周边的微震事件活动。

倾斜充填采场底板应力成拱估计及自立稳定性分析

充填是金属矿山地下开采常用的采场地压管理方式,关键是研究充填体应力变化规律以及充填体受开挖影响产生暴露面后的自立稳定性。基于充填体中的应力成拱效应,运用极限平衡和数值模拟方法,分析了倾斜采场充填体中的应力分布规律与不同充填采场三维几何尺寸的关系;在考虑充填采场水力半径条件下,得出预估充填采场底板竖向应力的表达式;通过考虑充填体中应力成拱效应时得到的应力分布表达式,运用极限平衡以及数值模拟方法,分析了二步倾斜采场充填体具有自由暴露面时的自立稳定性,得到了充填体作为自立稳定人工矿柱时所需的黏聚力,研究成果可为金属矿山充填挡墙的初步设计提供理论依据。