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大红山铁矿地表塌陷规律研究及坑露衔接综合开采技术

2018-11-14

大红山铁矿地表塌陷规律研究及坑露衔接综合开采技术——中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司孙丽军专家报告

大红山铁矿地表塌陷规律研究及坑露衔接综合开采技术报告人：孙丽军手机：13485550228 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 2 018年08月汇报提纲一研究背景二研究成果三成果评价四知识产权一、研究背景大红山铁矿为我国国内特大型地下矿山，矿石总储量约4.5亿吨。矿山 2 002年建成年产50万吨采、选试验性工程。2006年建成400万吨/年采、选、管道工程，2008年展开800万吨/年采、选工程。目前矿山已形成 300万吨/年原矿处理能力，可生产500万吨成品矿。 1 根据矿山开采规划，这几个矿段同步开采，因此露天开采面临着井下崩落法和充填法开采后造成地表塌陷或岩移的影响。浅部铁矿露天开采又制约了井下崩落法和充填法生产能力，因此开展了地表塌陷规律及坑露衔接联采研究课题。一、研究背景距地表 00m 7 主采区采用崩落法开采。放顶水平500m，放顶高20m 铜矿带采用上向点柱分层充填法，由下向上开采二、研究成果成果1、揭示了大红山铁矿在构造带影响条件下的硬岩空区突发失稳规律以往的理论和认知采高度一般不超过开采厚度的～6倍冒落带裂隙带空区上覆岩层划分 4 厚度大体与冒落带相当开采较深时，高度＞裂隙带冒落带高度，开采较浅时， + 弯曲带裂隙带一直冒落可直达地表，此时无弯曲带。当采空区形成顶板失稳冒落时，考虑岩石具有碎胀性（岩石碎胀系数一般可达 .3～1.5），顶板冒落2～3倍的采空区高度时即可将采空区充填满，采空区上覆岩层将不再移动。 1 二、研究成果大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 2 暴露面积12000m 时Z向位移云图 2 暴露面积10000m 时Z向位移云图暴露面积13000m 时Z向位移云图 2 二、研究成果大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究 2 暴露面积12000m 暴露面积20000m 暴露面积103000m 时最大主应力云图 2 时最大主应力云图 2 时最大主应力云图二、研究成果大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究暴露面积 0000m2 12000m2 13000m2 序参量号（+740m或+790m剖面） 1 20000m2 37.78 0.825 39.56 10.75 1 2 3 4 最大主应力(MPa) 最大拉应力(MPa) 最大压应力(MPa) 最大位移 (cm) 30.64 35.67 0.592 36.83 5.83 35.77 0.770 36.69 6.01 0.587 36.34 5.36 二、研究成果大红山深部崩落法开采上覆岩层规律研究当暴露面积为12000m2～13000m2时，因空区高度范围内断层处岩体受拉变形而引发顶板岩体发生崩落，但此时由于最大拉应力仍未达到岩体极限抗拉强度，因此顶板岩体不会一直向上崩落；而当暴露面积为20000m2以上时，若顶板岩体再有一定扰动就有可能进入屈服状态，因而发生脆性破坏、剪切破坏与拉伸相结合的破坏而引起顶板崩落，而且由于大的构造的存在，这种崩落具有一次性突发冒落直至地表而引起强大冲击波。二、研究成果相似模拟试验大红山铁矿地下开采相似模拟试验模拟范围至地表，因此模型垂直应力是由利用模型配比材料自重加以模拟，采用自重应力下平面相似模拟试验系统，测试传感系统包括WTB-Y型应力传感器、WTB-10型顶杆式位移传感器、WTB-50型内埋式位移传感器，位移传感器配合磁性支座固定在模型台架上；采集分析系统为JM3813型静态电阻应变采集仪配合JMTDS控制分析软件二、研究成果相似模拟试验相似模拟试验应力及传感器布设图简化A37剖面图二、研究成果相似模拟试验上部岩体冒落过程示意图二、研究成果井下矿体开采后，采空区上部岩体逐步开裂后冒落，并逐步向上发展，表现到地表首先是出现小范围的开裂，伴随弯曲下沉带，再逐步向空区为中心的外围发展，形成区域内的塌陷坑。相似模拟试验在井下采区与露天边坡之间的F2断层处主要为沿着断层倾斜方向的裂缝，表明断层出现了一定的整体滑移，对于采空区与露天边坡之间起到一定的隔断作用，同时注意到断层与露天边坡之间亦出现了竖直方向的开裂缝，表明空区造成岩层移动已突破了断层的阻隔，并在断层一侧地表及岩层产生朝向冒落空区方向的倾倒。二、研究成果矿山空区以上岩层的冒落明显经历了开始拱状塌陷再发育到地表，并表现为到达地表后的敞开式发育。而当冒落发育到地表后，地表形成冒落区，此时，再冒落则不再是拱型，而为敞开式塌陷。二、研究成果规律：存在大的构造面且围岩为坚硬稳固的整体块状结构的采空区，空区的失稳垮落将会在瞬间突发沿构造面一次性整体突冒。该规律为大红山铁矿岩体移动控制及空区处理提供了依据。通电电路地表 1 050m 地质孔 1 000m 9 50m 岩体采空区冒落高度导电法监测原理示意图二、研究成果成果2、研究了废石散体回填塌陷坑的综合技术方法 2 006 2007 2008 2009 2010 2011 2012年至今备注由于崩落法开采引起的围岩崩落是一个复杂的空间-时间问题，矿石回采后顶板冒落到地表具有一定的延时性。从2006年底开始进行地下回采到2011年首次观测到地表裂缝，可得出大红山铁矿地下开采成采空区后（480米开采），大约需要4年左右发展到地表；而从地表开始塌陷（2011 年）的倒漏斗发育到正漏斗的塌陷，大约经历了3年时间（2011 年8月—2015年现在）， 4 4 4 4 4 80 60 40 20 00 —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— —— “—” 表示正在回采二、研究成果随着开采的延深空区的一定高度内被岩石充填后，围岩受力状态有了很大的改善，空区两侧围岩变形很小，采场对围岩的水平影响范围也相应地得到了有效控制。 6 00 00 00 00 00 00 5 竖直高度实际标高水平影响范围 3 0以下 60 100 200 250 650 300 750 400 800 450 850 550 600 4 3 4 30 460 500 600 950 1000 2 1 0 22 53 134 175 196 225 242 271 285 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 6 00 00 00 00 00 水平影响范围 (m) 5 4 竖直高度实际标高 30以下 430 60 460 500 600 650 750 800 850 950 1000 25 64 77 87 101 105 110 117 100 200 250 300 400 450 550 600 3 2 水平影响范围 0 0 100 0 0 100 200 300 400 500 600 二、研究成果地表塌陷坑发展情况不同塌陷角、不同开采深度井下开采对露天开采的影响二、研究成果回填治理区域位于塌陷坑东北部，从露天采场至该区域排岩有两种方案，第一种为西北部排岩公路方案，即利用现有的露天采场1150m台阶公路向东北部治理区域延伸，新修排岩公路长度约为1.2km；第二种方案为东南部排岩公路方案，即利用目前改道后的1125m台阶处临时公路向东北部治理区域延伸，新修排岩公路长度约为1.8km，可见第一种方案新修排岩公路较短未来地表裂缝及塌陷范围将继续向西南方向发展，因此第二种排岩公路存在安全隐患。而第一种排岩公路方案位于目前塌陷坑的西北侧，非地下开采推进方向，也不位于主采区正上方，目前该方向上裂缝发展相对稳定，发生大规模下陷及开裂的概率很低，相对第二种排岩公路方案安全性较高。三、第三方评价研究成果已在大红山铁矿得到成功应用，该项目依托大红山铁矿开发的开采技术达到国际领先水平，具有推广应用前景本课题研究揭示的空区失稳规律、多矿段协调同步开采技术……在检中的国内外相关文献中均未见相同内容的报道四、知识产权相关成果在《金属矿山》、《现代日本极品级片，日本极品a级片，韩国三级电影网》、《云南冶金》等核心期刊上发表论文20余篇。获得国家专利7项。矿协一等奖，钢协二等奖。谢谢各位专家! 姓名：孙丽军手机：13485550228

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