三山岛金矿海底开采井下沉降特点及影响因素浅析

三山岛金矿新立矿区是我国首例实施海底开采的金属矿山。为了研究新立矿区井下矿体围岩变形破坏特征,以与矿体走向垂直的55号勘探线为监测剖面,通过布设井下四等水准监测系统,对55号勘探线剖面内不同深度开采中段巷道顶板围岩的垂直位移进行了长期监测。分析结果表明:(1)海底不同深度各中段矿体开采引起的变形均表现为对上盘岩体的影响范围大,而对下盘岩体影响范围小,越靠近矿体(或控矿断层F_(1))部位,顶板围岩的下沉量越大;(2)各中段的累积沉降量曲线总体上表现为不对称漏斗形,其中较浅部的-200 m中段与-240 m中段累积沉降量曲线底部较为平缓,呈近似“锅”状,而深部的-320 m、-400 m、-480 m和-600 m中段沉降曲线呈“漏斗”状;(3)新立矿区矿体厚度、开采深度、开采强度、围岩岩性、围岩岩体结构以及充填效果是影响海底倾斜矿体开采围岩变形的因素,其中,矿区内控矿断层F_(1)的存在直接影响围岩变形曲线的形态。

三山岛金矿地面沉降特征及原因分析

地面沉降作为一类缓变型地质灾害,可对人们的生产生活造成重要影响。三山岛金矿自2012年9月在地下采矿影响范围内建立全球定位系统(GPS)并监测地面沉降以来,监测到明显的地面沉降现象。分析结果表明:(1)多年来,研究区内地面沉降范围变化趋势较一致,沉降盆地分布于矿体的上盘区域,沉降盆地的形态由最初的近似圆形发展到后期的椭圆形,并沿矿体上盘方向发展演化;(2)沉降等值线在靠近F_(1)控矿断裂一侧较密集,而在远离F_(1)断裂一侧较稀疏,随着时间的推移,沉降中心区域的累积沉降值越来越大,根据累积沉降曲线斜率的变化情况,可将累积沉降量曲线划分为3个阶段;(3)三山岛金矿地面沉降的采矿影响因素主要有矿体赋存形态、埋深、地应力环境、断层活动和充填采矿方式等,而非采矿影响因素可归纳为人为社会因素,即由于采矿经济发展,建筑物增多,以及抽排地下水等,致使地面沉降现象也会有所加重。

三山岛金矿井下电机车自动驾驶系统设计

电机车是金属矿山矿石运输的主力装备,用于井下运输大巷和地面的长距离运输,智能化和自动化是电机车未来的发展趋势。传统的有人驾驶电机车进行作业时,劳动强度大且存在一定的安全风险。在恶劣工况下如何提高电机车工作效率、降低安全风险,是制约井下生产的瓶颈问题。利用自动控制、高速低延时网络、优化调度等技术,构建了三山岛金矿电机车自动驾驶系统,实现了智能化矿石运输。电机车是矿山智能化的重要装备支撑,可以提高矿石运输效率和作业安全性,具有良好的安全效益和经济效益。

三山岛金矿采空区地应力测量及其结果分析

采空区上部预留矿柱的回采工作影响到整个矿山的安全生产、采矿方法及其实施.为正确评价上覆岩层和围岩的稳定性情况,采用实现完全温度补偿的空心包体应变技术的套孔应力解除法对三山岛金矿进行地应力测量.建立了矿区地应力场分布模型,获得了三山岛金矿地应力状态和矿区的地应力分布规律.结果表明,三山岛地区地应力场以水平应力为主,符合我国地壳运动的规律.

露天矿坑岩质边坡浸润线及稳定性研究分析

浸润线是露天矿坑岩质边坡的生命线。针对山东三山岛露天矿坑尾矿库高陡岩质边坡非恒定渗流问题,依据同一条浸润线不同渗流截面的渗流量相等以及不同浸润线同一截面的渗流量差值为库水位的增量建立平衡方程,求解浸润线方程的解,运用Seep/W进行模拟,将理论计算结果与模拟值进行对比,验证浸润线方程的正确性;同时将浸润线方程应用到工程实际中,将库水位监测数据进行曲线拟合,与观测孔数据结合分析浸润线位置的变化,运用ABAQUS流固耦合模型对尾矿库边坡的塑性区和安全系数进行分析。研究结果表明:浸润线方程的解与模拟值最大误差为0.01%,满足实际要求;浸润线观测孔数据与理论计算数据基本吻合,误差最大为0.75m,进一步证明理论可靠性;尾矿库水位的上升增加了塑性区范围,安全系数与尾矿库水位变化曲线为"V"字形,库水位为100m时,安全系数最低为1.06,处于极限平衡状态,同时应将库水位设定在-45m以下,为后期库水位设计提供依据。

三山岛海底金矿开采充填体与顶板岩层的变形监测研究

三山岛金矿新立矿区是我国第一个从事海底基岩矿床开采的金属矿山,主要可采矿体均赋存于海底下部20~670 m的岩体中,矿体与海水间仅靠2~3 m厚的海底黏土隔水层隔离。为保障矿山安全生产,根据新立矿区具体的采矿地质条件,选择-200 m中段63线13#、71线17#和111线37#穿脉巷道,埋设了6个测点的埋入式智能记忆型位移计。每个穿脉巷道的测点均按2种方式布设：一种是上向倾斜钻孔穿过下盘围岩、充填体与下盘围岩的接触带和充填体,用以监测充填体与下盘岩体的相对变形;第二种是上向倾斜钻孔穿越F1主裂面下盘岩体和上盘岩体,用以监测断层上下盘岩体的相对变形。通过2013年9月至2014年12月的现场监测,获得了监测期间开采活动引起的充填体及顶板岩层的移动变形特征。监测结果表明,海底充填体和上盘围岩的变形量较小,表明三山岛金矿新立海底采场充填体和上盘围岩在监测期间保持了很好的稳定性。

三山岛金矿采充动态平衡分析模型的研究与应用

针对三山岛金矿采充工作受多方面影响,易造成矿区采充不平衡的现象,提出运用平衡动态分析理论,建立采充平衡动态模型,确定采充平衡协调发展水平及影响矿区采充平衡关系的主要因素,保障井下持续、均衡、高效生产。实践表明,通过采充动态平衡分析模型的应用,三山岛金矿各采场充填回填率高达95%,生产规模达到1 700t/d,有效促进了矿山的快速发展。

三山岛海底金矿开采充填体与围岩变形规律的数值模拟

为合理解释三山岛金矿新立矿区海底开采充填体和围岩变形特征,建立了假二维的矿山开挖充填力学模型,并将其简化为平面应变问题。根据对充填体力学特性的研究,在模型建立过程中,对充填体采用了双屈服模型,对矿柱及围岩采用了应变硬化/软化塑性模型。利用FLAC3D数值模拟软件,并在模型中的相应位置设置位移监测点,分析了真实矿山开采过程中上下各采场充填体和围岩的移动变形规律。研究结果表明,新立矿区充填体变形主要为水平方向上的压缩变形,且具有累积效应,当充填体达到垂直方向的最大压缩量后,顶板围岩在水平构造应力作用下有向充填体上山方向滑动的趋势。

小分段无底柱崩落采矿法在中厚破碎金矿体回采中的应用实践

针对三山岛金矿新立分矿仓上矿区中厚破碎金矿体露采结束后,露天坑底低品位中厚破碎金矿体,介绍了小分段无底柱崩落采矿法回采实践。通过回采方案、分段高度、爆破参数及相关技术措施的确定与应用,露天坑底低品位矿石地下回采取得了很好的技术经济效果,并充分回收了矿产资源。

上盘进路下盘水平分层联合采矿法试验研究

三山岛金矿是我国特大型地采黄金矿山之一,也是地采机械化装备程度最高的黄金矿山。新立矿区原设计采用脉内点柱式上向分层充填采矿法,因上盘矿岩比较破碎、开采难度比较大、矿石贫化损失率比较高,为此设计了独特的上盘进路与下盘水平联合采矿法开采矿石。试验结果表明,这种联合采矿方法不仅在技术上先进、经济上适用,而且安全可靠,可为地质条件相类似的矿山借鉴。

三山岛金矿海底开采采矿方法优化选择

三山岛金矿新立矿区是我国第一个进行海底开采的硬岩矿山,针对新立矿区复杂开采技术条件,采用模糊综合评判方法进行了采矿方案优化选择,将各采矿方案的评价指标进行量化分析,使采矿方案的评价和选择更加科学、合理、可靠。

三山岛金矿井下无人开采区域中深孔落矿嗣后充填连续采矿工艺设计

为了建成国内首个井下无人采矿示范区,在三山岛金矿西山矿区选取-630 m中段至-645 m中段作为试验采场。通过工程地质调查,结合矿床地质、工程地质与岩石力学基础资料以及无人采矿设备的应用,提出采用下向中深孔落矿嗣后充填连续采矿法。该采场方法的各个开采中段与主斜坡道相通,设备可在各个中段之间按照开采计划进行调度;中段通过辅助斜坡道与各个分段相通,保证设备在生产中段内部的作业调度;各分段均布置采场联络巷与矿体连通,方便设备进入矿体进行凿岩、爆破、铲运等作业,有利于无人机械设备在各个地点通行作业。采矿过程涵盖了"掘—采—运—充—辅助"各工艺环节的连续无人作业过程,能够有效保障多类型无人开采装备安全、高效和连续化生产、运行,在保障矿山生产安全的同时,提高矿山生产能力,对我国未来矿业智能化发展具有推进作用。

三山岛金矿海底开采F_1断裂防突结构可能的破坏形式分析

不同矿山具有不同的突水形式和突水机制,对于完全位于海底之下的三山岛金矿新立海底矿区,其水文地质条件、围岩力学属性、矿体形态及其与断层的相对位置决定了其突水机制不同于其他矿山尤其是煤矿常见的突水机制。新立矿区防突结构可能的破坏形式与矿体顶部第四系黏土隔水层以及F_1断裂带断层泥隔水带紧密相关,顶板隔离层破断突水和F_1的滑动突水是目前可能的突水模式。针对海底矿床开采特有的水文地质结构,在阐明防突结构本质属性的基础上,采用数值模拟手段,分析了不同开采工况下F_1断裂防突结构可能的破坏形式。模拟结果表明,当开采规模不大时,F_1断层滑动范围仅局限在采空区附近,对顶板隔离层部位F_1不会产生影响;但随着海底开采规模的扩大,顶板隔离层部位的F_1最终会产生滑动。

三山岛金矿2000t/d原矿处理能力研究与实践

为了提高黄金产量,三山岛金矿直属选矿车间经过对磨浮作业及配套设施的工艺条件及能力进行试验优化组合,改变传统观念,充分发挥现有设备设施的能力,经过很少的改造和投资,选矿处理能力由原来设计的1 500 t/d提高到2 000 t/d,产生了可观的经济效益,为全年生产任务的完成奠定了坚实的基础。

三山岛金矿矿柱的稳定分析

本文基于三山岛金矿工程地质条件，针对设计所提出的采场和矿柱的尺寸，提出了分析矿柱稳定性的一种新的方法，并应用该方法分析了矿柱的稳定性；同时，提出了提高矿柱承载能力的一种有效途径。另外，还详细讨论了矿柱顶点的深度与长度之间存在的关系。

胶东三山岛断裂构造蚀变岩三维控矿规律研究与海域超大型金矿的发现

三山岛北部海域金矿床位于胶东西北部三山岛成矿带之内,为一严格受断裂构造控制的超大型破碎带蚀变岩型金矿床。该次找矿预测并获重大突破的预测依据如下:(1)三山岛断裂蚀变矿化带,受NNE和NEE两组方向的区域构造控制,复合叠加呈'N'字形分布。陆上断裂蚀变矿化带接近海域,并没有间断,推测在三山岛北部延伸至海区。(2)焦家和三山岛两断裂蚀变矿化带,具有统一的三维控岩控矿规律。焦家断裂蚀变金矿带向西倾斜,控矿构造和矿化富集程度显示阶梯状分布,其中矿体向南西侧伏,矿体在剖面上呈左行右列式分布;而三山岛断裂蚀变金矿带向东倾斜,其中矿体向NE侧伏,矿体在剖面上呈右行左列式分布。依据陆内构造控岩控矿规律预测海域未知矿体的分布规律,获得了良好的验证。(3)三山岛金矿到焦家金矿的勘探剖面显示,两个控矿构造岩相带倾向相反,但是都在下盘花岗岩区段集中交代蚀变成矿。这一认识为确定深部成矿靶区提供了准确的地质依据。(4)地球物理勘查结果显示,三山岛矿带的重力和磁力异常指出沿'N'字形构造从陆地向海区延伸,这成为预测的重要依据。总之,三山岛北部海域金矿床目前业已取得找矿重大突破。矿床为焦家式破碎蚀变岩型金矿,属中生代燕山晚期岩浆热液脉型矿床,其深部及外围仍具有良好的找矿前景。

滨海矿山矿坑涌水源识别与混合比研究

通过水化学和同位素分析,并利用主成分分析法(PCA)确定了三山岛金矿西山矿区井下巷道的涌水来源为海水、375-20(Mg)、淡水和320-7(Ca),其中375-20和320-7均为基岩水,但其水化学特征明显不同,前者是富Mg型基岩水,而后者是富Ca型基岩水。据此建立了巷道涌水的混合模型,在此基础上结合极大似然法计算得到巷道涌水混合比,分析其演化规律。研究表明:该方法能够有效识别涌水来源,并计算水样混合比;海水在各端元中占比最大,是混合水的主要成分,各期水样海水比例在50%左右波动;海水比例较高的中段为-510m中段,在此中段处于1660和2230勘探线之间的水点,各期海水比例大于50%,尤其是510-2水样点,海水比例最高达到77%;淡水主要影响范围是-465m及以上中段;F3断裂带受采动影响较大,其周围的水样点海水比例波动大,需加强对该断裂带的监测。

山东三山岛金矿深部低温热水对采矿的影响

三山岛金矿深部热害是亟待解决的问题。F3断裂影响区域内的低温热水对金矿深部热害的贡献不可小觑。本文主要根据矿山深部巷道涌水点长期监测的温度变化特征,分析了矿山地表冷水体和深部热水体的渗流影响范围。在F3断裂带聚热机制下,涌水温度与巷道气温良好的线性关系,很好地表明了深部低温热水对巷道气温的控制作用。这种规律性的认识能够指导矿山下一步的深部开拓设计和热害防治。

多元统计分析在滨海矿区水源识别中的应用——以三山岛金矿为例

海底矿山突水是矿山开采亟待解决的问题,通过对矿山巷道水的研究,能够划分出矿山突水水源类型,进而对突水可能性作出预测。以山东三山岛金矿西山矿区地下水系统为例,对其31个水样的水化学资料进行多元统计分析研究。利用因子分析法对存在相关关系的变量进行空间降维处理,找出能够反映大于90%将研究区地下水划分为典型的2类,然后建立矿区水源的Bayes线性模型,并对其进行验证。通过因子分析法和系统聚类分析法得出,-375 m中段涌水水源划分为2种类型,并得出2种具体的判别函数。结果表明:多元统计方法判别水源具有快速、准确且经济的特点。

三山岛金矿“三下”开采工艺优化与灾害防治

以“三下”开采矿山的工艺技术与灾害防控措施优化为目的,通过数值模拟的方法对三山岛金矿“三下”开采案例进行剖析,采用调查、模拟和监测等方法分析了“三下”矿山矿床的开采技术条件,结合充填法开采的相关参数分析“三下”开采对地表的影响。针对护顶矿柱与开采顺序进行分析,通过对比不同开采顺序方案的效果选取最优顺序方案。结果表明:房柱交替开采方法按隔二采一的开采方案进行开采对于矿山更为安全有效,房柱交替上升式充填采矿法使得矿石损失率由13%降为4%。结合分析结果,针对断层和地表水体等因素制定了严密的开采方案与防控措施,并对矿区地表进行沉降岩移监测,确保“三下”开采的安全和高效。