露天轉(zhuǎn)地下開采露天邊坡穩(wěn)定性與地下采場覆巖變形破壞特征研究.pdf

1、隨著我國淺部礦產(chǎn)資源的逐步枯竭,大部分國有大型金屬與非金屬礦山進(jìn)入深凹露天開采階段,部分礦山已經(jīng)或者即將由露天轉(zhuǎn)入地下開采。礦山由露天轉(zhuǎn)地下開采后,露天礦邊坡、露天坑周圍巖體和地下采場覆巖組成一個復(fù)雜的復(fù)合開采系統(tǒng),該系統(tǒng)內(nèi)的巖體應(yīng)力狀態(tài)與變形破壞過程有別于單一的露天開采或者單一的地下開采。目前針對金屬和非金屬礦山中緩傾斜中厚難采礦體露天轉(zhuǎn)地下開采相關(guān)的研究鮮見報道,因此,開展礦山露天轉(zhuǎn)地下開采相關(guān)研究,特別是緩傾斜中厚難采礦體露天轉(zhuǎn)地

2、下開采研究具有重要意義。本文以云南磷化集團(tuán)晉寧磷礦6號坑口東采區(qū)深部緩傾斜中厚難采礦體為工程背景,運(yùn)用理論分析、室內(nèi)物理模型實驗、FLAC3D數(shù)值模擬等綜合性的研究方法,對其露天轉(zhuǎn)地下房柱法開采下邊坡穩(wěn)定性與地下采場覆巖的應(yīng)力、變形破壞特征等問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要工作和取得的研究成果如下:
　　 (1)系統(tǒng)地調(diào)查研究了晉寧磷礦6號坑?xùn)|采區(qū)的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件,對該區(qū)域主要礦巖體的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了室內(nèi)實驗測試,獲得了該

3、礦區(qū)礦巖體的物理力學(xué)參數(shù)。同時從理論上分析了礦山露天轉(zhuǎn)地下后邊坡的失穩(wěn)破壞力學(xué)機(jī)制及其主要影響因素。
　　 (2)根據(jù)云南磷化集團(tuán)晉寧磷礦6號坑口東采區(qū)深部緩傾斜中厚難采礦體具體的賦存條件,沿礦體傾向選取典型的114地質(zhì)勘探線剖面,依據(jù)相似理論,采用室內(nèi)相似材料物理模型試驗,對磷礦山露天轉(zhuǎn)地下開采后露天邊坡和地下采場覆巖采動影響下的應(yīng)力、變形破裂響應(yīng)特征以及垮落形態(tài)進(jìn)行研究。同時根據(jù)相似模型試驗的結(jié)果,并結(jié)合相關(guān)理論,對其露天轉(zhuǎn)

4、地下開采后邊坡巖體的采動破壞力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了分析研究。在相似模擬模型試驗研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出了綜合考慮邊坡、地下采場開挖擾動等因素的“采動影響因子”的概念,給出了反映露天轉(zhuǎn)地下開采后邊坡和地下采場覆巖變形破壞等礦壓顯現(xiàn)特征的“采動影響因子”的理論計算公式。
　　 (3)以云南磷化集團(tuán)晉寧磷礦6號坑口東采區(qū)深部緩傾斜中厚難采礦體為工程背景,依據(jù)相似理論,采用室內(nèi)底摩擦模型模擬試驗,對不同境界項柱厚度(10m、20m、30m)和不同

5、邊坡高度(65m、108m)情況下,磷礦山由露天轉(zhuǎn)入地下開采后采空區(qū)上邊坡體的采動響應(yīng)特征、變形破壞機(jī)理和模式進(jìn)行了研究,同時對境界頂柱厚度和坡高對采動邊坡的穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了分析。
　　 (4)以晉寧磷礦6號坑口東采區(qū)深部緩傾斜中厚礦體作為工程背景,沿走向選取+2150 m礦體開挖地質(zhì)剖面作為模型模擬平面,通過相似材料模擬試驗,對其露天轉(zhuǎn)入地下開采后不同采場結(jié)構(gòu)參數(shù)的(礦房10m,礦柱3m；礦房10m,礦柱5m；礦房10m,礦

6、柱8m)房柱法開采下采場頂板圍巖變形破斷規(guī)律與礦柱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,并對采場結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。根據(jù)模型試驗結(jié)果,結(jié)合相關(guān)理論對采場礦柱的力學(xué)特征、失穩(wěn)破壞模式及機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)分析。最后運(yùn)用尖點(diǎn)突變理論,建立了對房柱法開采下礦柱簡化的力學(xué)模型系統(tǒng),對礦柱發(fā)生突然失穩(wěn)破壞的機(jī)理和條件進(jìn)行了研究分析。
　　 (5)以拉格朗日有限差分方法為理論基礎(chǔ),采用FLAC3D數(shù)值模擬方法對晉寧礦6號坑?xùn)|采區(qū)深部緩傾斜中厚磷礦體由露天轉(zhuǎn)入地下開采