深部矿床开采技术问题范例.ppt

深部矿床开采技术问题 提纲 一、深部开采灾害概述 1.深部开采的含义 矿山是否进入深部开采，有专家提议以岩爆发生频率明显增加来界定，也有提议以岩石应力达到某一高度值来界定，更多的人认为：上述两种方法有较大的模糊性，主张进入深部开采的界线约定煤矿为大于800~1000m、金属矿1000-1200 m 以上。 按此定义，我国进入深部开采的金属矿山有： 红透山铜矿900～1100 m； 冬瓜山铜矿超1000 m两条竖井 弓长岭铁矿开拓深度距地表1000 m ； 夹皮沟金矿二道沟延深至1050 m； 沈阳采屯矿开采深度为1197 m、 开滦赵各庄矿开采深度为1159m、 徐州张小楼矿开采深度为1100m、 北票冠山矿开采深度为1059m、 新汶孙村矿开采深度为1055m、 北京门头沟开采深度为1008m、 长广矿开采深度为1000m。 预计在未来20 年我国很多煤矿将进入到 1000～1500m 的深度 国外超千米深的金属矿山有80多座，其中最多为南非。南非绝大多数金矿的开采水平都在1000 m以上。其中，Anglogold有限公司的西部深水平金矿，采矿深度达3700 m；WestDriefovten金矿，矿体赋存在地下600 m，并一直延伸至6000 m以下。印度的科拉尔金矿区，已有3座金矿采深超过2400 m，其中钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段，总深3260 m。 俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910 m；开拓深度到1570 m；将来要达到2000~2500 m。另外，加拿大、美国、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超过1000 m。 2.深部开采的问题 深部开采存在高应力、高温和高井深的特殊开采环境。并由此分别导致一系列的深井灾害。 二、深部岩层高应力作用机理及其防治 1.深部岩层高应力作用机理 2）构造应力显现加剧 对于深部巷道,构造水平应力一般均大于应力。在构造应力集中带，由于构造应力的作用，薄层页岩顶板一般沿层面滑移，厚层砂岩顶板则以小角度或小断层产生剪切，从而失稳冒落；在高水平应力作用下，巷道首先从支护弱面即直接底板破坏，导致底鼓等。 3）、岩体强度降低 随着矿井开采深度的加大，岩体强度明显降低。围岩孔隙率增大，加上地质构造发育的影响，导致巷道变形呈软岩特性。在围岩应力作用下表现出显著的塑性和流变性。 5）水的影响 随着采深的增加，岩石压力增大，当压应力大于水分子的吸着力时，水就会被压力从接触的矿物颗粒之间挤出，使得围岩中含水增多，水分子可改变岩石内部颗粒间的表面能，进而加快和加剧巷道的变形和破坏。同时岩石遇水后普遍有软化现象，其强度降低。 2.深部巷道地压显现规律 1）变形地压剧烈 2）岩爆频繁 岩爆 岩爆的产生条件 1)围岩应力条件 判断岩爆发生的应力条件有两种方法： 一是用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴抗压强度σc之比值作为岩爆产生的应力条件； 一是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块单轴抗压强度σc之比进行判断。 影响岩爆的因素 1)地质构造 实践表明，岩爆大都发生在褶皱构造中。 岩爆与断层、节理构造也有密切的关系。调查表明，当掌子面与断裂或节理走向平行时，将触发岩爆。 岩体中节理密度和张开度对岩爆也有明显的影响。据南非金矿观测表明，节理间距小于40cm，且张开的岩体中，一般不发生岩爆。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也将发生岩爆。 2)洞室埋深 随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。发生岩爆的临界深度H可按下式估算： 岩爆形成机理和围岩破坏区分带 岩爆的孕育、发生和发展过程，分为三个阶段。 1)劈裂成板阶段（岩爆孕育） 垂直洞壁方向受张应力作用而产生平行于最大环向应力的板状劈裂。 仅在洞壁表部，部分板裂 岩体脱离母岩而剥落，而 无岩块弹射出现。 2)剪切成块阶段(岩爆的酝酿) 劈裂岩板向洞内弯曲，发生 张剪复合破坏。 处于爆裂弹射的临界状态。 3)块、片弹射阶段 劈裂、剪断岩板，产生响声 和震动。 岩块发生弹射，岩爆形成。 ，岩爆引起的围岩破坏区可以分弹射带、劈裂-剪切带和劈裂带等三带。 综上所述，岩爆是地下工程中与地壳岩体内动力作用有关的地质灾害，它不仅与岩体天然应力状态密切相关，而且与岩体的力学属性有关。岩爆的发生还受到地质构造、洞室埋深、形状、施工方法及爆破震动