露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采人工境界礦柱穩(wěn)定性研究.pdf

1、我國(guó)的經(jīng)濟(jì)正蓬勃發(fā)展，對(duì)資源要求急劇增加，采礦業(yè)是支柱產(chǎn)業(yè)之一。一般礦山首先采用露天開(kāi)采，隨著開(kāi)采深度的不斷增加，露天開(kāi)采已經(jīng)不適合礦山生產(chǎn)的要求，越來(lái)越多的露天礦山將轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采，歸來(lái)莊金礦是其中之一。歸來(lái)莊金礦經(jīng)過(guò)近20年的生產(chǎn)，形成了東西長(zhǎng)600m，南北寬350m，坑深170m的露天坑。在露天開(kāi)采結(jié)束時(shí)，地下開(kāi)采系統(tǒng)尚未形成，而露天開(kāi)采范圍內(nèi)資源不足，本文綜合采用理論分析、力學(xué)計(jì)算、數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法，研究采用人工境界礦柱替

2、代天然礦柱的可靠性及關(guān)鍵技術(shù)。首次提出提前開(kāi)采露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的境界礦柱，并用鋼筋混凝土回填，形成地下開(kāi)采的人工頂柱的大膽設(shè)想。實(shí)現(xiàn)了歸來(lái)莊礦業(yè)公司露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的順利過(guò)渡，并為山東境內(nèi)黃金礦山及其他類(lèi)似礦山，提供一種有效的礦柱回采方案。
　　本文主要研究成果如下:
　　1.對(duì)歸來(lái)莊金礦礦區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行了較為詳盡的勘察，獲得礦區(qū)巖層形態(tài)及結(jié)構(gòu)面分布特征，同時(shí)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)原位和室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)研究，通過(guò)歸納、類(lèi)比方法，確

3、定了巖石的物理、力學(xué)參數(shù)，為后續(xù)的理論計(jì)算及數(shù)值模擬分析提供參考依據(jù)。
　　2.創(chuàng)新地提出人工境界礦柱的露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采方案，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土假頂和低標(biāo)號(hào)混凝土充填體復(fù)合結(jié)構(gòu)，在露天坑底的礦體中采用進(jìn)路回采并隨即充填的人工境界礦柱形成方法，將對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響降到最低。提前回收境界礦柱資源，解決礦山露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采資源和產(chǎn)量接替問(wèn)題，保證了露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的平穩(wěn)過(guò)渡。
　　3.詳細(xì)地進(jìn)行了人工境界礦柱結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì)，采用進(jìn)路式

4、回采工藝，通過(guò)分步開(kāi)挖，與上下盤(pán)圍巖形成完整的嵌入式人工境界礦柱，提高了整體穩(wěn)定性。具體內(nèi)容包括人工境界礦柱范圍、人工境界礦柱結(jié)構(gòu)、人工境界礦柱的形成、充填單元間鋼筋的連接、充填單元間的混凝土界面處理、狹窄礦體區(qū)域人工境界礦柱結(jié)構(gòu)、人工境界礦柱底部隔離層。溝槽角礫巖坡面采用金屬網(wǎng)臨時(shí)支護(hù)，金屬網(wǎng)采用管縫式錨桿及鋼筋帶固定。
　　4.提出了人工境界礦柱參數(shù)的計(jì)算理論和力學(xué)模型，建立了境界礦柱的彈性地基梁力學(xué)模型，得到地基梁的應(yīng)力分布

5、，以-50m進(jìn)路開(kāi)采為例，考慮最不利的工況，進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，驗(yàn)證人工境界礦柱的穩(wěn)定性。
　　5.運(yùn)用ANSYS軟件、結(jié)合強(qiáng)度折減法，分別對(duì)人工境界礦柱形成前，人工境界礦柱形成過(guò)程中和人工境界礦柱形成后的邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算表明，當(dāng)設(shè)計(jì)及參數(shù)選用合理時(shí)，采用人工境界礦柱對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響不大，為露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的人工境界礦柱法提供科學(xué)依據(jù)。
　　6.通過(guò)有限元分析，探討露天轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采后不同的采礦方法對(duì)上覆邊坡及人工境界礦

6、柱的影響，模擬結(jié)果表明，在人工境界礦柱的保護(hù)下，兩種回采方式都使得邊坡的安全系數(shù)有所提高，建議采用優(yōu)化的隔二采一的回采順序。
　　7.在人工境界礦柱的形成過(guò)程中，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了全程監(jiān)控，保證了露天轉(zhuǎn)地下開(kāi)采的安全，防患于未然。24個(gè)月的檢測(cè)結(jié)果分析得到，歸來(lái)莊金礦露天采場(chǎng)邊坡變形特征符合穩(wěn)定邊坡的一般規(guī)律，目前邊坡處于穩(wěn)定性狀態(tài)，從露天轉(zhuǎn)入地下開(kāi)采過(guò)程對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響不明顯。
　　8.基于歸來(lái)莊金礦具體工程實(shí)例，構(gòu)建了露