地应力测量与采矿优化.ppt

第三节 地下矿山采矿设计优化 第三节 地下矿山采矿优化设计 采矿过程是一个力学过程，因此研究采矿问题必须借助于数学、力学的方法。研究力学问题一般只关心两个因素，一是结构材料因素，二是荷载因素。而采矿工程比其他工程要复杂得多，采矿力学研究所涉及到的因素比其他力学问题也要多得多。 研究对象 岩体是一种非常复杂的地质结构体，具有不连续性、不均质和各向异性； 力学形态或本构关系表现出非常复杂的非线性； 与其他力学问题所研究的材料完全不同。 3.1 地下采矿力学研究的特点 荷载形式 采矿问题力学分析的基础是地应力的存在。 地应力是存在于地层中的“原始应力”，是一种内应力，而不是外加荷载。是“先有荷载，后挖洞”，不是“先挖洞，后荷载”。 一般力学问题如地面结构物上的受力是由加载而产生，而采矿是“开挖问题”，开挖空间引起局部地应力释放，采矿结构上的荷载是由岩体卸荷而产生的。 采矿问题的力学分析和其他力学分析中思路上和方法上均有很大差异。 3.1 地下采矿力学研究的特点 3.1 地下采矿力学研究的特点 反转应力法多步开挖加载等效释放荷载模型 施工因素 地下采矿的力学分析除了考虑材料因素、荷载因素以外，还要考虑施工因素。 采矿是一个非常复杂的开挖过程，其开挖不是一次完成的，而是分多次完成的。 线性材料的加卸载路径是相同的，符合迭加原理，而非线性材料加卸载路径不同，不能迭加（加载途径性）； 多步开挖过程就是一个反复的加卸载过程，由于岩体是非线性的，因而开挖引起的力学效应就具有加载途径性； 3.1 地下采矿力学研究的特点 开挖过程、开采顺序不同就会产生不同的应力-应变历史变化过程和不同的最终力学效应 不同的巷道和采场布置，不同的开拓过程和回采顺序、回采步骤，不同的工艺方法、不同的支护方式、支护结构和施工方式、施工时间等，都会产生不同的力学效应，出现最终不同的稳定性状态； 施工因素对采矿工程的稳定性具有重大影响。 3.1 地下采矿力学研究的特点 不确定研究方法 采矿的力学分析过程中包括了大量的不确定性因素，这种不确定性既包括模糊性，也包括随机性。 力学分析的原始数据、原始资料，如工程地质、水文地质条件、矿体赋存状况、岩体结构，物理力学性质，本构关系等均具有大量不确定性； 原始数据的、原始资料的调查、搜集都受到数量的限制和人为的影响，都具有随机性。 采矿的工艺方法、施工过程也具有不确定性，因为即使相同的设计，不同的人施工，其效果也不一样 用确定性的研究方法，如传统的数学力学方法，不能解决采矿过程的力学分析问题，必须采用新的不确定性研究方法才能使分析研究的结果比较符合实际。 3.1 地下采矿力学研究的特点 目标：根据具体的矿体赋存状况和开采技术条件，选择最合理的采矿设计方案，以便在保证生产安全的前天下，最大限度地减少开拓和支护成本，最大限度地增加矿石产量，提高企业的经济效益、社会效益和环境效益。 安全性 选择正确的采矿方法，在深部地应力大、矿岩破碎条件下，采用充填法而不是空场法； 设计合理的开采顺序和开挖步骤，以使围岩的应力变形分布趋于合理； 确定合理的支护设计参数和有效的地压控制措施，既保证采场和巷道的稳定，又要尽可能节省支护成本。 盘区上向高分层充填法连续回采（新城金矿） 大面积无矿柱连续回采（金川镍矿） 3.2 采矿设计优化的目标和内容 生产效率 选择的采矿方法和回采设计方法应尽可能提高开采强度，增加采矿生产能力和劳动生产率 地下开采无轨化作业，提高采矿的机械化作业水平 矿石回采率 必须尽可能充分回收资源，提高矿石回采率，减少矿石损失； 禁止短期行为和以牺牲资源为代价的高效益； 在经济指标许可的前提下尽可能选择矿石损失少的采矿方法； 避免由于应力集中，围岩或矿体破坏，导致一部分矿采不出来的现象。 3.2 采矿设计优化的目标和内容 矿石贫化率 矿石贫化率就是混入矿石的废石的比例，和矿石损失率一样，它是采矿的一个重要技术经济指标。 努力降低矿石贫化率，对保证矿石质量、降低生产成本关系重大 在采用崩落法较多的冶金矿山，可通过改进放矿工艺等方法，尽可能降低矿石贫化率。 经济效益 采矿设计优化的目标，就是要根据矿山的具体开采条件，采用最合适的开采方式，使矿山企业达到其可能达到的最大效益。 3.2 采矿设计优化的目标和内容 社会效益和环境效益 采矿对生态环境的影响和破坏，必须控制在允许的范围内，越小越好； 尽可能减少采矿对地面植被的破坏，减少废石废水的排放，避免废石占用耕地和废水对地下水的污染； 避免采矿引起的大面积地表变形和下沉、塌陷、地下水位的下降和枯竭 建立“清洁生产”和“生态采矿”的概念，努力建立“无废矿山”。 3.2 采矿设计优化的目标和内容 为了实现安