露天轉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、隨著我國淺部礦產資源的逐步枯竭,大部分國有大型金屬與非金屬礦山進入深凹露天開采階段,部分礦山已經或者即將由露天轉入地下開采。礦山由露天轉地下開采后,露天礦邊坡、露天坑周圍巖體和地下采場覆巖組成一個復雜的復合開采系統(tǒng),該系統(tǒng)內的巖體應力狀態(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地下開采相關的研究鮮見報道,因此,開展礦山露天轉地下開采相關研究,特別是緩傾斜中厚難采礦體露天轉地

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

3、礦區(qū)礦巖體的物理力學參數。同時從理論上分析了礦山露天轉地下后邊坡的失穩(wěn)破壞力學機制及其主要影響因素。
　　 (2)根據云南磷化集團晉寧磷礦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地質勘探線剖面,依據相似理論,采用室內相似材料物理模型試驗,對磷礦山露天轉地下開采后露天邊坡和地下采場覆巖采動影響下的應力、變形破裂響應特征以及垮落形態(tài)進行研究。同時根據相似模型試驗的結果,并結合相關理論,對其露天轉

4、地下開采后邊坡巖體的采動破壞力學機制進行了分析研究。在相似模擬模型試驗研究結果的基礎上,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,給出了反映露天轉地下開采后邊坡和地下采場覆巖變形破壞等礦壓顯現特征的“采動影響因子”的理論計算公式。
　　 (3)以云南磷化集團晉寧磷礦6號坑口東采區(qū)深部緩傾斜中厚難采礦體為工程背景,依據相似理論,采用室內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,磷礦山由露天轉入地下開采后采空區(qū)上邊坡體的采動響應特征、變形破壞機理和模式進行了研究,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,對其露天轉入地下開采后不同采場結構參數的(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)定性進行了研究,并對采場結構參數進行了優(yōu)化。根據模型試驗結果,結合相關理論對采場礦柱的力學特征、失穩(wěn)破壞模式及機理進行了系統(tǒng)分析。最后運用尖點突變理論,建立了對房柱法開采下礦柱簡化的力學模型系統(tǒng),對礦柱發(fā)生突然失穩(wěn)破壞的機理和條件進行了研究分析。
　　 (5)以拉格朗日有限差分方法為理論基礎,采用FLAC3D數值模擬方法對晉寧礦6號坑東采區(qū)深部緩傾斜中厚磷礦體由露天轉入地下開采