Stress Measurement with an Improved Hollow Inclusion Technique In Jinchuan Nickel Mine

Borehole overcoring stress measurement with an improved hollow inclusion technique was carried out at 10 points on 3 levels in Jinchuan nickel mine which is situated in north-west of China. Through the measurement, 3-D in situ stress state at the measuring points and distribution characteristics of the stress field in the mine were obtained. The stress state in Jinchuan mine is dominated by the horizontal tectonic stress field. The maximum principal stress is horizontal which is about twice the weight of the overburden and its orientation is approximately vertical to the regional tectonic line. The difference between two horizontal principal stresses is quite large which is an important reason to cause failure of underground excavations.

Feasibility Study on Continuous Mining Method in Deep Position of Jinchuan Nickel Mine, China

Jinchuan nickel mine is the largest nickel mine in China. Cut-and-fill mining method with high density cementing materials is used in the mine. The original mining design divided the mining operation into two steps. The first step stopped the mining rooms and the second step stopped the pillars. Because the two-step method made big trouble for finally mining pillars and strongly limited the mining speed and production, it was successfully changed to a continuous cut-and-fill method without pillars. However, the mining operation in the mine has been down to 800 m and the mining condition is getting worse and more complicated. Through systematical field investigations and 3-D FEM analysis, it is proved that the mining method without pillars is feasible for mining deeper orebodies in Jinchuan nickel mine.

充填法开采引起地表移动、变形和破坏的过程分析与机理研究

基于地表GPS监测及地下围岩变形破坏的调查取证等大量数据资料,以金川二矿区为例,针对由充填法开采引起的地表移动、变形和破坏的现状,分别对其进行了滞后于开采的分析、对矿山井巷工程安全影响的后效性分析及空间发展过程分析。指出导致金川二矿采用充填法开采引起地表移动、变形和破坏的滞后期长、后效性强烈的原因,如充填支护作用与间断面的摩擦作用等等,并指出矿体采出至充填体充入期间围岩发生的移动、变形和破坏与整个矿山的地表岩移、变形和破坏的关系,所得的结论与现场基本一致,对今后的生产具有一定的指导意义。

金属矿充填开采岩体移动对竖井围岩的变形破坏

采用数值模拟和地质力学分析的方法,对甘肃金川二矿区地下开采条件下,#14行风井变形破坏问题进行了研究,研究结果表明:#14行风井位于地下开采引起的岩体移动盆地的拉张区,受岩体移动变形影响剧烈,地下开采已经成为了影响竖井安全稳定的主要因素;无论是富矿开采还是贫矿富矿联合开采,竖井井壁的位移和应力分布规律大体相同,其大小与分布特征受断层影响突出,断层所在的部位仍然是竖井井壁的脆弱部位;地下开采引起的#14行风井的破坏是以穿过井筒的断层出现活化为触发因素,以井壁发生错动、破裂、冒落为主要形式的断层效应的集中体现,这也将成为现阶段生产条件下竖井可能再次发生变形、破坏的模式。

金川高应力矿床充填采矿技术研究进展与亟待解决的技术难题

金川镍矿是世界上少见的大型硫化铜镍矿床。矿体埋藏深、地应力高、地压大、矿岩体不稳固,是目前世界上难采矿床之一。针对金川矿床不利的采矿技术条件,自建矿50多年来,金川矿山已经开展了大量广泛的采矿技术研究。本文首先概述了金川矿山工程概况,归纳总结了金川矿山充填采矿发展历程;然后,阐述了金川矿山充填技术研究以及所取得的研究成果。主要包括:根据工程地质研究和采矿方法试验,选择了与之相适应的下向分层进路胶结充填采矿方法;通过高浓度料浆自流输送和膏体泵送两种充填系统中的关键技术研究,在充填体作用机理、固体废物利用、充填料浆流变特性以及管道减阻输送等方面取得的研究成果;尤其针对膏体充填系统所存在的问题开展了技术攻关和系统改造,由此获得重大科技成果,使膏体充填系统顺利达产。最后指出了目前金川矿山充填开采现状以及存在的主要问题,并提出了金川大型镍矿实现安全、高效、经济和环保充填法开采仍亟待研究解决的关键技术难题。

金川镍矿尾砂膏体充填系统工艺技术改造与应用研究

膏体充填技术是目前最先进和技术难度最大的充填采矿技术之一.从20世纪80年代末期到90年代中,金川矿山首次开展了尾砂膏体充填技术的引进、研究、系统建设和工业化应用研究.由于膏体充填技术在我国首次应用,因此在设计和工程应用中存在很多问题,导致膏体充填系统投产6年来一直处于非常生产状态.虽然开展了不间断研究和技术改造,但一直未取得突破性进展.针对在生产中暴露出的问题以及总结前期研究经验,从2005年4月开展了为期1年多的膏体充填技术攻关和系统改造,由此获得重大成果.改造后的膏体充填系统实现了正常生产,充填生产能力逐年提高,从2006年充填9万m3到2011年达到20万m3,达到了设计生产能力,解决了长期困扰尾砂膏体充填中的技术难题.文中首先简要概述我国目前膏体充填矿山应用现状,然后重点总结金川矿山尾砂膏体充填技术研究进展以及所取得的技术攻关成果.在此基础上,最后展望了金川矿山充填采矿技术的发展趋势.

采动影响下巷道变形机理与破坏模式

通过对甘肃金川二矿地下开采后应力场的分布研究,指出巷道变形、破坏与最大主压应力场的分布具有良好的对应关系,其变形破坏特征在不同阶段、不同部位有着一定的相似性和渐变性,并且给出了巷道变形、破坏的模式和分布特征,合理解释了深部巷道围岩的变形特征,阐明了破坏的机理.

充填采矿法引起的地表变形数值模拟研究

胶结充填采矿法开采急倾斜矿体对地表的影响与其他采矿方法不同,有着自己的规律。本研究利用FLAC3D数值模拟软件对金川充填采矿法引起的地表变形进行了研究,提出了金川二矿区地表变形的一般规律,初步得出金川二矿区地表裂缝的产生是由于采矿所引起的结论;并且解释了地表裂缝的出现滞后于开采的现象;对计算结果用GPS测量结果进行了校合,验证了计算的可靠性;最后,研究了充填体弹性模量对地表沉降的影响。

充填法开采引起的地裂缝分布特征与现场监测分析

通过对金川二矿区地裂缝的现场调查和槽探揭示,分析地裂缝的分布特征及其与地下采矿的关系。利用自行研制的IGG–1型裂缝计对地裂缝的发展变化进行监测。结果表明,金川二矿区的地裂缝两侧位移具有明显的三维特征。在此基础上,讨论充填法开采引起的岩体移动和地表裂缝的形成条件、成因机制及影响因素。研究结果表明,采充效应造成的围岩应力重分布、充填体刚度低、地下未充填空区的存在以及重复性的采动影响是金川二矿区地裂缝产生的主要原因。

高应力区露天转地下开采岩体移动规律

以金川龙首矿为例,基于2003―2008年长达12期的GPS实测数据,按照时空分布比较分析总体变形趋势,得出整个矿区的地表沉降特征、平面位移特征、行线(勘探线)随时间变化的沉降和平面位移特征。据此分析了以水平构造应力为主导的高应力区露天转地下开采引起岩体的变形规律,并与该矿闭坑之初的变形规律比较,通过理论分析的方法对产生差异的原因进行初步解释,并用数值模拟的方法加以验证,其研究结果对认识露天转地下开采引起的岩体移动、破坏特征,指导矿区安全生产有积极意义。

金川铜镍矿床的地球物理深部结构与成因模式

在甘肃省金川矿区利用磁法、可控源音频大地电磁法及地震P波层析方法进行了深部探测,几种方法综合研究确定了到达2 500 m以上高阻高速体的岩浆源特征,指出了岩浆上涌到达浅部向两侧扩展的近水平的透镜状分支,作为可能的深部含矿超基性岩体与钻孔已见矿体位置相吻合,为金川铜镍矿床的成因模式提供了地球物理依据。建议在进一步研究中应重视探测产状平缓、近水平的高速、低阻体。

金川二矿区深部地应力测量及其分布规律研究

介绍了金川有色金属公司二矿区深部地应力测量的方法、过程和结果。通过现场实测获得二矿区深部３个水平１０个测点的三维地应力状态。

金川镍矿全尾砂-棒磨砂混合充填材料工业充填试验研究

针对金川下向进路式胶结充填法采矿工艺,开展了全尾砂-棒磨砂混合充填料的工业试验研究。试验结果表明,添加30%的全尾砂充填料,不仅提高了充填体强度,而且还可降低充填体的沉缩率、改善砂浆流动性,完全满足金川矿山安全充填采矿的要求。开展全尾砂充填料的工业化生产,能够弥补棒磨砂充填料的严重不足,显著降低充填采矿成本,从而获得更好的经济效益和社会效益。

金川铜镍矿山尾矿砂循环经济研究

分析了金川铜镍矿山尾矿砂的危害和治理现状,从循环经济的思想出发,在试验研究的基础上提出了金川铜镍矿山尾矿砂资源化利用的循环经济模式。该模式所采用的流程是利用尾矿砂与酸性废水的自反应性,模拟地球表层系统中的地质风化作用,大宗量削减废固废液污染物,同时制备出具有高附加值的无定形二氧化硅(白炭黑)、纳米氢氧化镁和纳米氢氧化铁。尾矿砂与酸性废水的自反应技术,不但能综合治理金川铜镍矿山尾矿砂和酸性废水污染问题,还能回收有价组分、获取高附加值产品,实现以废治废、降低消耗、增产增效、减少排放和堆放、防止环境污染的目的。

急倾斜厚大金属矿山地下开挖岩移发生机理

文章以金川二矿区的岩体移动为例,对急倾斜厚大金属矿山的岩体移动这一重大工程难题进行了探讨。分析了急倾斜金属矿山开挖引起岩体移动的概化传递模式及其地表岩移显现特征。结合数值模拟及GPS监测分析结果,对厚大急倾斜金属矿山岩移发生机理进行研究。结果表明,急倾斜金属矿的厚度对地表岩移的显现特征具明显的影响。当对厚大矿体进行薄层开采时,较大幅度的岩体移动主要发生在采空区顶、底板,开采引起岩体移动的地表显现特征类似于水平矿体的开采;而当采空区的高度大于整个矿体的厚度时,采空区两侧的岩体位移逐渐增大到占主导地位。岩体移动的地表显现特征开始表现为急倾斜矿体开挖的岩体移动特征。

固结粉胶凝材料开发与胶结充填体强度试验

针对金川矿山开采面临的采矿经济与环保压力,利用酒钢低活性酸性矿渣,开展新型充填胶凝材料开发,获得称为固结粉的早强型新型充填胶凝材料。为了实现固结粉在金川矿山工业化应用,针对金川矿山废石、棒磨砂、戈壁砂和河沙等骨料,开展了4种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度试验。结果表明,除了戈壁粗砂骨料胶结充填体3 d抗压强度小于设计抗压强度外,其他3种充填骨料的固结粉胶结充填体抗压强度均满足金川矿山安全采矿要求,说明早强型固结粉胶凝材料应用于金川矿山充填法采矿中能够替代水泥。

金川镍矿尾矿砂中Ni和Cu赋存状态研究

金川镍矿浮选尾矿数量巨大,含有相当可观的有价金属,其中有价金属的回收受到越来越多的关注。金川老尾矿库尾矿砂中Ni和Cu赋存状态复杂,水溶性矿物态、可交换离子态、碳酸盐态、结晶度较差的Fe氧化物态、结晶度较好的Fe氧化物态、硫化物态和残渣态中都含有数量不等的有价金属Ni和Cu;尾矿砂风化作用释放的金属阳离子大多数在发生氧化的硫化物位置原位发生水解沉淀形成次生矿物,有价金属Ni和Cu在尾矿库中没有发生明显的富集。金川镍矿尾矿砂中Ni和Cu适于用化学酸溶浸出的方法进行二次回收。

大型镍矿深部高应力矿体充填法开采关键技术与对策

金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,以地应力高、矿体厚大和矿岩不稳固著称国内外采矿界。该矿体开采难度之大、充填成本之高备受国内外采矿界关注。近年来,随着矿床开采深度逐年增加已接近千米,采场面积超过1×105m2,高温、高压和高渗压的"三高"采矿环境日趋显著,不仅提高了采矿成本,而且还给矿山安全高效生产带来巨大压力。本文首先概述金川深部矿床采矿技术条件,然后明确采矿生产面临巷道和采场稳定性控制技术难题,分析采场围岩变形和岩层移动所潜在的灾变失稳风险。最后提出了金川深部矿体安全高效开采亟待攻克的技术难题,为金川深部资源开发能力和综合利用指明了方向。

基于金川棒磨砂充填料开发新型充填胶凝材料的试验研究

通过分析金川镍矿工业生产中排放的固体废弃物的物化特性,采取正交试验和极差分析,研究采用生石灰和脱硫灰渣复合激发矿渣微粉开发的新型充填胶凝材料的力学特性与变化规律。针对金川矿山下向分层胶结充填法采矿对3d早期强度的要求,开展采用芒硝和NaOH为复合早强激发剂的试验研究。研究结果显示,采用金川矿山的棒磨砂充填骨料,在料浆质量浓度为78%和胶砂比1︰4的试验条件下,生石灰、脱硫灰渣可激发矿渣微粉的活性,最优配比为生石灰5%、脱硫灰渣17.5%、芒硝3%、NaOH 0.5%,矿渣微粉74%,其3d、7d、28d抗压强度均不低于同等条件下的水泥胶凝材料充填体强度,并给出了不同添加剂对充填体强度的影响。

金川矿磷石膏基早强型充填胶凝材料配方试验

针对金川矿区附近瓮福化工厂排放出的大量磷石膏废弃物,开展以磷石膏为主要激发剂材料的早强型充填胶凝材料研究。首先开展早强充填胶凝材料激发剂配方的正交试验,并以试验数据作为学习样本,建立神经网络模型进行训练,由此获得了胶结充填体强度与激发剂配方关系的隐含知识。在此基础上,进行不同配比的充填体强度预测;然后,利用预测结果建立激发剂配方的优化模型并求解,最后获得了早强胶凝材料最优配比:生石灰磷石膏、NaOH、芒硝和矿渣微粉的掺量分别为5%、30%、3%、2.5%和59.5%。相应3d、7d和28d胶结充填体强度达到2.05 MPa、3.42 MPa和7.87 MPa,满足金川矿下向分层充填法采矿对充填胶凝材料的早强要求。与矿用32.5R早强型水泥胶凝材料相比,开发的磷石膏基早强充填胶凝材料成本低,替代水泥用于金川充填法采矿,可降低充填胶凝材料50%以上的成本。