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F1）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F1的存在直接影响围岩变形曲线的形态。     

海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山,其对开采技术的要求较高,海下开采遇到了严重的安全问题,其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题,掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测,得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上,提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后,通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征,提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成,采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近,预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

基于钻孔电视成像的导水裂隙带高度确定

三山岛金矿新立矿区东北翼矿体被海水和第四系覆盖,目前该区域回采至-135 m中段,为安全回采,预留厚近120 m护顶层矿柱,压占了大量的矿产资源。在确保安全回采的前提下,为了尽可能回收上部矿体资源,采用GD3Q-GA全景数字钻孔电视摄像系统,在55勘探线-135 m中段及-240 m中段上盘巷道内施工钻孔,对开采上部矿体可能出现的导水裂隙带高度进行现场实测。研究结果表明:新立矿区东北翼上部矿体围岩裂隙高度为30~40 m。继续向上开采至-115 m中段,其上方仍留有厚约70 m的矿体,导水裂隙带尚未通达隔水层。而-105 m中段所有巷道作为蓄水池在已充满水的情况下均不漏水,研究结果与实际符合,可为矿山东北翼护顶层矿柱安全回采提供技术支撑,也为类似工程提供参考。     

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。     

海底金属矿床安全高效开采工业试验

三山岛金矿新立矿区属于中国第一个海底开采的金属矿山.矿区开采的关键是确保在开采过程中海底不产生非均匀沉降、裂缝和塌陷.根据新立矿区开采技术条件,选择了63#、71#和79#3个具有代表性的试验采场.71#采场选择了高进路充填采矿法,79#采场选择了房柱式分层充填采矿法,对海底矿床安全开采进行全面的研究.试验结果表明,高...     

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。     

基于GSO-GPR算法的岩层移动角预测模型及其应用

为快速准确获取金属矿地下开采岩层移动角,提出基于群搜索优化（GSO）算法的改进高斯过程回归（GPR）理论。以矿体上下盘围岩性质、上下盘围岩稳固程度、地下水情况、矿体走向长度、矿体倾角、开采厚度及深度9个影响因素作为判别指标,结合35组实测数据建立金属矿充填开采岩层移动角学习预测模型。将该模型应用于三山岛金矿岩层移动角预测,利用UDEC数值模拟结果进行对比验证,同时分析三山岛金矿海下开采对上盘竖井的影响。研究结果表明：（1）GSO-GPR预测模型对地下开采岩层移动角的预测效果良好,预测精度在5%以内;（2）三山岛金矿上、下盘岩层移动角分别为72°和68°;（3）当前矿山开采未对竖井造成影响,但随着开采深入至-658 m水平,竖井将进入塌陷范围。     

三山岛金矿新立矿区西南翼海底破碎巷道支护应用技术研究

三山岛金矿新立矿区西南部119#~159#勘探线-165m水平是新发现矿体,其厚度14~45m,倾角60~75°,局部有直立倒转现象。矿体稳固性差,矿岩破碎,断层节理发育,矿体上下盘均为破碎带,主要井巷工程难以形成,矿体局部存在泥化现象,开拓采准难以进行。且矿体向深海延伸,安全风险更大,因此对此类型巷道进行支护研究,对保障三级矿量和矿山均衡发展具有举足轻重的意义。     

海下金矿床开采岩体破裂及灾变的微震监测研究

三山岛金矿是我国唯一的海下开采金矿,其开采面临着采场围岩破碎、支护困难、上盘稳定性差并容易形成贯穿上盘的突水通道、具有海水下溃淹井的危险。采用微震监测技术能够对采动过程中采场围岩及上盘岩体的稳定性进行实时动态监测,达到评价、预测和预警的目的。阐述了微震监测系统的选型依据,并根据三山岛金矿安全开采需要进行了微震监测系统布置,分析了微震监测数据,对三山岛金矿上盘稳定性进行了评价。     

焦家金矿寺庄矿区岩体节理裂隙调查与矿岩稳定性分析

通过对焦家金矿寺庄矿区矿岩节理裂隙现场调查,获得上下盘围岩及矿体节理裂隙的产状和平均间距,并对其进行统计分析。采用CSIR岩体质量评判方法,根据节理密度换算计算岩石质量指标RQD,以岩体的完整性系数来表征岩体的强度,通过计算得出RMR值,以不同的RMR值来表征岩体的稳定性,预测出采场跨度及其稳定时间。研究结果表明,上盘围岩节理裂隙较矿体及下盘围岩节理发育,并且当节理角度在30~75°之间时,节理分布对岩体强度影响较大;上盘围岩稳定性较差,矿体和下盘围岩稳定性好;由于寺庄矿区7-2号矿体上盘围岩的稳定性差,揭露后需及时进行有效支护,以限制围岩进一步变形和破坏;中段标高越往下,开采深度越深,矿体和围岩的稳定性降低,进行深部开采时,采场需要及时支护以保证作业安全。该研究结果为矿床开采采场结构参数优化及稳定性分析提供了理论依据,对矿区安全生产有重要指导意义。     

山东胡八庄金矿围岩破碎矿体采矿方法

由于胡八庄矿区上盘围岩不稳固,回采过程中上盘围岩垮塌、冒落时有发生,易沉帮冒顶,损失率和贫化率骤增.通过制定上盘破碎带分层回采剔除和下盘矿体分层跟进回采的浅孔采矿法,有效地缓解了围岩失稳存在的隐患,提高了回采效率,降低了贫化率和损失率,取得了较好的经济效益和社会效益,可在类似地质条件矿山推广应用.     

软弱破碎岩体工程地质调查与质量评价

合理的工程地质调查与岩体质量评价是地下工程设计、施工和采矿活动的基础,针对前河金矿软弱破碎类型岩体,在充分了解矿山地质、开采现状及软岩特点的基础上,采用适合软岩特点和符合矿山实际情况的测线法对其软弱破碎岩体进行详细的工程地质调查与分析,并采用MRMR-2000系统法和Q系统法分别对矿体和上下盘岩体质量进行了评价。结果表明：矿岩体中的结构面非常发育,均发育有3组以上的优势结构面,结构面平均线密度均超过25 条/m;矿体及上下盘岩体均属Ⅴ级,矿岩体质量总体评价均为差,其中,下盘岩体相对稍好,上盘岩体次之,矿体最差。     

山东金青顶矿区深部矿体开采诱发微震活动分析

随着金青顶矿区开采深度的增加,地应力值逐渐增大,造成巷道围岩破坏越来越严重,且具有一定的岩爆倾向性。为进一步探究金青顶矿区深部开采诱发岩体破裂失稳规律,在金青顶矿区深部建立矿山微震监测系统,连续实时采集井下微震活动信息,对-825 m中段Ⅴ号矿体11#试验采场开采活动进行连续监测,重点分析开采扰动下岩体破裂前累计视体积、能量指数和施密特数等微震参数的变化特征,得出当前矿体整体损伤程度较小,岩体破裂主要是由岩体开挖以及爆破振动引起。     

空间有限元数值模拟在边坡稳定分析中的应用

针对阜新海州露天矿非工作帮边坡岩体中的与边坡走向斜交的F东1断层附近岩体出现上盘上升、下盘下降的特殊变形，用空间有限元数值模拟法，对该区边坡的应力场、位移场和塑性区分布规律进行了计算分析．揭示了边坡岩体的变形机制；解释了开采对变形的影响及发展趋势；评价了整体边坡的稳定性．获得了与现场观测相一致的研究成果．     

大柳行金矿床节理裂隙调查与岩体质量评价

在现场对大柳行金矿奄口矿区进行了节理裂隙调查统计工作,采用Mathematica软件对调查区域内660条节理裂隙测量数据进行分析并绘制相应的裂隙等密图、倾向和走向玫瑰图及倾角直方图。经分析研究后得出如下结论:矿区矿体较为破碎,下盘围岩完整程度低于上盘围岩;各中段节理裂隙分布密度均约为2~3条/m;节理裂隙总体上有越往深部越不发育,岩体完整性变好的趋势。对矿区具有代表性的矿岩现场取样并进行物理力学试验,依据RMR岩体质量评价方法,得出上盘围岩RMR评分值68.3,岩体质量等级为Ⅱ级,为良好性岩体;下盘围岩RMR评分值65.7,岩体质量等级为Ⅱ级,也为良好性岩体;矿体RMR评分值55.8,岩体质量等级为Ⅲ级,为一般性岩体。研究成果对保证矿体的安全、高效、经济回采具有重要指导意义。     

中深孔采矿法在新城金矿的研究与应用

新城金矿ⅴ# 矿体属于典型厚大破碎矿体。结合矿山实际情况,采用预控顶上向中深孔分段充填法开采矿体。通过预控顶支护有效地保证了采场顶板和上盘围岩稳定性,并采用上向扇形中深孔回采矿石,实现了矿体安全连续高效开采。     

膏体充填开采覆岩移动变形规律研究

为分析矿山膏体充填开采覆岩移动角的变化规律,采用FLAC3D分析软件对某矿山膏体充填开采不同因素影响下覆岩的移动变形特征进行模拟,并基于模拟结果对覆岩不同水平的移动角进行研究。研究结果表明:充填体灰砂比越大和充填率越高,地表下沉量越小,覆岩危险变形区的发育高度也越小; 覆岩危险变形区的发育高度与充填体灰砂比之间满足指数函数关系; 覆岩移动角会随着覆岩距顶板高度的增大而近似于线性增大。结合回归分析,建立了覆岩移动角与覆岩距顶板高度、充填体灰砂比之间的关系式,进一步揭示了膏体充填开采下的覆岩移动角的变化规律,为矿山合理确定覆岩移动角提供一定的基础理论依据。