论文部分内容阅读
随着浅部矿产资源逐渐枯竭和人们对矿产资源的需求越来越强烈这对矛盾愈演愈烈,深部开采成为了未来采矿的发展趋势。深部开采往往面临着深部矿块回采触发浅部采空区失稳和高地应力诱发岩爆灾害等问题,浅部采空区失稳和深部岩爆灾害已成为制约深部矿产资源开发利用的瓶颈,是我国当前矿山企业亟需解决的重大安全课题。本文以山西省某金矿为研究背景,以深部开采过程中浅部采空区的稳定性分析和深部开采的岩爆预测为主要研究目标,重点开展两个方面的研究:一是在采空区探测的基础上,采用MIDAS/GTS分析浅部采空区的稳定性和深部开采对浅部采空区稳定性的影响;二是基于矿山典型矿岩岩爆倾向性的分析结果,结合矿山的工程地质资料和深部开采设计方案,分别采用Phase~2和MIDAS/GTS对深部巷道掘进和深部矿块回采开展数值模拟研究,预测深部开采过程中的岩爆等级。本文取得的研究成果如下:(1)通过开展室内岩石力学试验、岩体力学参数确定和采空区探测等基础工作,结合矿山的工程地质资料和深部开采设计方案,建立了矿区三维数值分析模型。(2)基于矿区三维数值分析模型,采用MIDAS/GTS分析了浅部采空区的稳定性和深部开采对浅部采空区稳定性的影响。分析结果表明:矿山浅部采空区整体上处于稳定状态,只有位于827m中段副井附近的12#和13#、525m中段主盲竖井上部的18#和19#、525m中段的24#采空区处于亚稳定状态;若深部开采能够严格按照采矿设计进行回采和充填,深部矿体回采对浅部采空区稳定性的影响较小。(3)基于室内岩石力学试验结果,采用三种岩爆倾向性评判指标分析了矿山典型矿岩的岩爆倾向性。分析结果表明:矿山五种典型矿岩均具有岩爆倾向性,其中,425m中段片麻岩具有强烈岩爆倾向性,827m中段片麻岩、525m中段片麻岩、辉绿岩和矿体具有中等岩爆倾向性。(4)基于矿区三维数值分析模型和深部开采设计方案,分别采用Phase~2和MIDAS/GTS模拟深部巷道掘进和深部矿块回采过程,结合Russenes岩爆判据预测深部开采过程中的岩爆等级。预测结果表明:深部巷道掘进的岩爆等级为:(1)顶板:中等-强烈岩爆;(2)两帮:中等岩爆;(3)底板:轻微岩爆。深部矿块回采的岩爆等级为:(1)顶板:中等岩爆;(2)底板:中等岩爆(425m中段和363m中段)、强烈岩爆(300m中段)。上述研究从浅部采空区的稳定性和深部开采过程中的岩爆灾害两个方面,研究了深部矿产资源开发利用过程中的安全问题,为山西某金矿深部资源的安全开采提供了技术支撑,对其他深部矿床的开发利用具有重要的理论与实际意义。