甘沟铅锌矿地压显现成因分析技术研究.pdf

第 卷第 期 年 月甘 肃 冶 金.文章编号:()甘沟铅锌矿地压显现成因分析技术研究翟 鑫赵文奇张 亭崔 耀(.陕西旬阳鑫源矿业有限责任公司陕西 旬阳.西北矿冶研究院甘肃 白银)摘 要:以甘沟铅锌矿地压显现为背景通过岩石力学测试、地压显现调查、采空区面积估算和地表移动带圈定等综合方法初步分析了矿山井巷工程破坏和地表山体滑坡的原因利用“三带”理论和爆破振动安全允许距离分别计算并确定了近地表安全开采深度为.可为类似矿山缓倾斜薄矿体近地表开采安全提供经验借鉴关键词:缓倾斜薄矿体井巷工程近地表开采地压显现安全开采深度中图分类号:.文献标识码:(.):.:引言甘沟铅锌矿是白银有色集团下属陕西公司重点生产矿山之一 近年来随着井下采矿扰动、断层邻近、围岩破碎和爆破震动等综合因素影响地压活动日渐频繁造成地下各类井巷工程不同程度坍塌地表山体滑坡趋势明显由此诱发的系列安全问题严重制约了矿山的正常生产 地压显现成因分析技术研究刻不容缓是后期井下采空区充填和地表滑坡治理的重要依据 地质概况甘沟铅锌矿位于秦岭板块、南秦岭印支褶皱带留风关金鸡岭褶皱束东南缘甘溪仙河口复式背斜北翼的次级褶皱构造部位 区域构造线总体呈北西西东西向由北向南发育印支期形成的东西向展布的大羊山复向斜、麻坪河旬阳白河复背斜等褶皱构造矿区所在区域出露下中志留统梅子垭组()地层其主要由浅变质泥质岩、粉砂质泥质岩、长石石英砂岩 组 成该 组 总 叠 置 厚 度 自下而上可划分出 个岩性段 分别为第一岩性段()、第二岩性段()和第三岩性段()甘沟铅锌矿产于梅子垭组()第二岩性段()矿岩界限清楚其岩性主要为绢云千枚岩、粉砂质绢云千枚岩、炭质千枚岩夹较多变质砂岩、杂砂岩其主要特点是遇水泥化显现严重对井巷工程掘进和采矿作业具有一定影响矿区有三条较大断层以 断层为界将矿区分为北区和南区南区为近年主采区域 断层呈近东西向由千枚岩碎块石英团块炭泥质及断层泥组成断层倾向南倾角 厚度约 号和 号矿体为南区主矿体产状与地层基本一致倾向 倾角 平均产状为平均厚度.平均品位 .、.矿石体重./属近水平的缓倾斜矿体 岩石力学特征矿区岩土介质可按颗粒间有无牢固联结划分为松散岩类和软弱层状变质岩类松散岩类介质:分布在山坡较缓部位和沟谷两侧主要为残坡积碎石土厚度一般 其渗透性较高下伏基岩相对阻水两者的接触面为一软弱结构面遇水易形成滑坡软弱层状变质岩类:主要是千枚岩、粉砂质千枚岩类等是矿体顶底板的主要构成脆性构造面理、裂隙不甚发育 根据实验岩石力学测试结果矿区千枚岩天然抗压强度一般为.平均.强风化千枚岩软化系数为.依据相关勘察规范矿体围岩坚硬程度为软岩类型岩层的完整性为较破碎较完整类型岩体质量等级为级 岩石力学测试结果详见表 表 岩石力学测试结果统计表岩样编号天然含水率/普通吸水率/天然块体密度/(/)饱和抗压强度/天然抗压强度/饱和抗剪强度凝聚力/内摩擦角/天然抗剪强度凝聚力/内摩擦角/.最大值.最小值.平均值.地压显现调查.井下地压显现调查矿山井下地压显现主要表现为 号斜井断面变形、中段运输混凝土支护破裂轨道挤压弯曲断裂、中段主水仓硐室冒顶和永久性矿柱倒斜等地压显现井下破坏如图 所示.地表地压显现调查矿山地表地压显现主要表现为山体坡脚剪切破坏、号卷扬硐室墙体开裂、炸药库简易公路地基下沉和值班室整体倾斜等 地压显现地表破坏如图 所示图 地压显现井下破坏现场图图 地压显现地表破坏现场图第 期 翟 鑫等:甘沟铅锌矿地压显现成因分析技术研究 采空区估算和移动带圈定.井下采空区面积估算矿山采用全面法开采平均采高约 根据矿山各中段实测平面图和近年采出矿石量经初步估算井下、三个中段共形成采空区约 面积约 其中:中段 中 段 中 段 矿山近年累计采出矿石量.万 应形成采空区约 水平投影面积为 二者相对误差为.误差较小认为依据各中段实测平面图估算的采空区面积具有一定的可靠性井下采空区面积估平面图算如图 所示.地表移动带圈定根据地质详查报告中岩石移动角进行了地表移动带圈定最终圈定地表移动带长约 宽约 面积 地表山体滑坡区域位于地图 各中段采空区水平投影叠合平面图表移动带内面积约 岩体移动角见表地表移动带见图 表 岩体移动角参数/岩石类别上盘下盘侧翼第四系千枚岩图 矿区地表裂缝及采空区影响移动带范围 地压显现成因分析.地压显现力学演变过程经过对地压显现调查结果进行综合分析初步认为甘沟铅锌矿地压显现的力学演变大致可分为纵向剪切破坏和水平拉伸破坏两个过程 甘沟地压显现力学演变原理如图 所示纵向剪切破坏:全面采矿房预留矿柱较小矿柱承压不足而失稳导致顶板长期处于蠕变状态顶板破坏后上部岩体产生下沉位移位于移动带内的岩体发生纵向剪切破坏根据最小势能原理高处的势能向低处转移以达到体系势能最小实现系统的稳定平衡具体表现为矿柱失稳后顶部山体的势能向井下采空区方向转移井下巷道边帮和矿柱出现 甘 肃 冶 金 第 卷剪切性破坏水平拉伸破及剪切破坏:在过程的基础上移动带内岩体产生纵向剪切在重力和下滑力的作用下地表山坡岩体处于拉伸破坏状态具体表现为坡腰产生拉裂缝坡脚沿弱结构面发生水平剪切破坏地表靠近山体的建(构)筑物 歪斜或倾倒图 甘沟地压显现力学演变原理示意图.地压显现成因分析近地表开采引发散体地压显现地压按其表现形式可分为散体地压、变形地压、冲击地压和膨胀地压四类 一方面矿山主采矿体属典型缓倾斜矿体开采后采空区水平投影面积较大另一方面该区域属典型的近地表开采井下现有、三个主生产中段 号斜井口标高 主采区域标高距地表最近处不足 且全面法开采后采空区虽有部分废石回填但回填接顶和密实度不够采空区塌陷引发近地表松散岩类和软弱层状变质岩形成散体地压显现进而诱发地表山体滑坡采空区暴露面积较大经初 步 估 算 矿 山 井 下 已 形 成 采 空 区 约 面积约 累计的采空区暴露面积大且未进行有效治疗矿体的顶、底板主要为千枚岩和粉砂质千枚岩类等软弱岩体自身稳固性较差在回采引起的应力调整和转移过程中矿柱和顶板围岩长期蠕变造成采空区失稳塌陷区域岩体整体稳定差是引起地压显现的先天性基础全面法开采预留矿柱不规范矿山设计全面法采矿作业过程中需留永久矿柱(围岩、矿石或人工矿柱)用以维护采空区稳定方形矿柱规格应为 圆形矿柱为 但井下采场实际预留矿柱尺寸偏小且矿柱数量少而无序再加之近年高强度回采引起的应力二次分布使聚积在岩体内的能量频繁地调整与释放最终导致永久性矿柱承压能力不够而使采空区失稳 断层邻近主采区主采区域北部存在东西走向的 断层断层倾向南倾角 厚度约 部分功能巷道北向掘进直达 断层采矿作业区北距断层距离最小处不足 长期的开采扰动使区域岩体应力调整聚集在断层附近释放是造成地压显现的重要原因之一缺少科学开采规划矿山科学的开采规划是统筹矿产资源开采、优化资源利用结构及布局、保障井下生产安全的重要依据 矿山生产实际揭露矿体与地质详查显现矿体位置变化较大切实可行的开采规划和设计未跟进导致矿山长期处于生产“边探边采”状态无法从全局角度科学有效地考虑和处理回采后的应力扰动和采空区处理问题 近地表安全开采深度确定一定深度的矿体开挖后围岩变形活动将不再涉及地表或不再向上发展即不会危及地表建筑物安全的最小深度称为安全开采深度 甘沟铅锌矿属近地表开采分别采用“三带”理论和爆破振动安全允许距离计算安全开采深度.“三带”理论确定的安全开采深度金属矿山与煤矿覆岩岩移与破坏规律有极大的相似性参考煤矿“三带”理论岩体移动破坏的程度自上而下分为冒落带、裂隙带和弯曲带其中弯曲带只发生弯曲变形基本呈整体下沉趋势保持自身的完整性 三带发育程度主要决定于采出厚度、采矿方法、岩层倾角和岩石性质 则冒落带、裂隙带计算公式如下:/(.)./(.).式中:冒落带高度裂隙带高度采空区高度取.保护层一般取 最小安全距离经计算:.即最小安全距离为.爆破振动安全允许距离根据爆破安全规程爆破振动安全允许距离计算公式如下:(/)/式中:爆破振动安全允许距离炸药量(下转第 页)第 期 翟 鑫等:甘沟铅锌矿地压显现成因分析技术研究 构造标志北东向或近东西向构造是金矿运移、富集的有利空间岩浆岩标志华力西期中酸性侵入岩给金的富集提供了热能蚀变标志褐铁矿化、碳酸盐化、硅化、黄铁矿化(风化形成的黄钾铁矾或铁染)是找金的直接标志地球物理标志:该区的磁性体为加里东晚期侵入的中酸性岩浆结晶体花岗闪长岩 岩浆在其侵入并沿构造裂隙运移的过程中分异结晶部分元素富集成矿形成了沿磁形体环状分布的特征 结语采石沟金矿床地处青海省与新疆维吾尔自治区接壤的阿尔金山脉东段位于东昆仑成矿省阿卡腾能山加里东期石棉(铜、金)成矿带上受地层、构造、岩浆控制明显矿体、异常集中分布在矿区东部并且都产于上奥陶统滩间山群凝灰岩层中富集形成矿源层矿体异常围绕加里东期花岗闪长岩体分布并伴有大量石英钠长斑岩脉侵入受其热液作用的叠加、改造 使矿源层中的金物质被活化迁移到构造裂隙等空间而富集这些构造空间尤其是北东向或近东西向的断裂构造在后期的构造运动中多期次地活动并进行韧性剪切作用对含金地质体再次进行叠加、改造最终成矿 矿床成因属于构造蚀变性矿床区内具有较大的找矿前景参考文献:葛肖虹刘永江任收麦等.对阿尔金断裂科学问题的再认识.地质科学():.王小凤陈宣华.阿尔金地区成矿地质条件与远景预测.北京:地质出版社.黄永平朱谷昌孙淑秋等.阿尔金采石沟金铜多金属矿床地质地球化学特征及找矿前景分析.矿产与地质():.收稿日期:作者简介:王振鹏()男汉族甘肃省会宁县人地矿工程师本科 主要从事矿产地质勘查工作(上接第 页)齐发爆破为总药量潜孔爆破取 护对象所在地允许质点振速一般民用建筑物为主取./在无试验数据的条件下软岩 取 取.经计算:.即矿山井下爆破作业时保证地表一般民用建筑安全的最小安全距离约为.综上近地表安全开采深度()即最小安全距离为.结语甘沟铅锌矿体属典型的缓倾斜薄矿体千枚岩天然抗压强度平均.软化系数为.矿体围岩为较破碎较完整软岩类型岩体质量等级为级对矿山井下和地表进行了地压显现调查初步估算井下采空区约 面积约 体积和面积均较大圈定地表移动带长约 宽约 面积 地表山体滑坡区域位于地表移动带内面积约 对地压显现成因分析进行了力学分析造成井下和地表破坏的主要原因为近地表开采引发散体地压显现、采空区暴露面积较大、预留矿柱不规范、断层邻近主采区和缺少科学开采规划利用“三带”理论和爆破振动安全允许距离分别计算了近地表安全开采深度甘沟铅锌矿近地表开采最小安全距离为.参考文献:陕西省旬阳县中沟一带铅锌矿甘沟矿段详查地质报告.西安:长安大学.有色金属工业岩土工程勘察规范.蔡美峰何满潮刘东燕.岩石力学与工程(第 版).北京:科学出版社.旬阳县中宝矿业有限公司甘沟铅锌矿初步设计.陕西省冶金设计研究院.周王贞.“三带”理论在确定金属矿山安全回采上限中的应用.采矿技术():.爆破安全规程.收稿日期:作者简介:翟 鑫()男甘肃省宁县人助理工程师本科 主要从事矿山管理工作 甘 肃 冶 金 第 卷