本书共分7章,主要内容包括:焦家金矿概况、深部节理硬岩强度特征与损伤演化规律、深部围岩节理裂隙统计分析及围岩稳定性分级、不同充填接顶率围岩变形规律研究、缓倾斜厚大矿体采矿方法多属性决策优选、采场结构参数与开采顺序动态优化、采场结构参数与开采顺序动态优化。
矿业是人类文明演变和社会经济发展的重要组成部分,对经济和社会发展具有巨大的推动作用。随着部分地区浅层矿床资源逐渐枯竭,为了满足资源需求,人们转向深部开采。深部矿床蕴藏着丰富的矿产资源,能够提供多样化的矿产供应,满足市场对不同矿产的需求,促进区域经济的多元化发展。通过深部开采,可以获取更多关于地下构造和矿床特征的信息,这有助于加深我们对地球内部结构和地质演化的认识,推动地质科学的进步。由于地下较深处的位置,矿体所处的地质环境相对复杂,岩体结构可能较为疏松、断裂和节理发育程度高,使得矿石的稳定性变差,存在塌方、坍塌等地质灾害风险,给开采工作带来一系列的工程难题。同时开采技术难度大,所需的投入与风险相对较高,开采成本也会相应增加。深部开采往往需要更高的能源消耗和设备维护成本,以及较长的开采周期。因此需要不断研发新的采矿设备、工艺技术和安全管理手段。这促进了工程技术的突破和创新,推动了自动化、智能化和绿色环保等领域的发展,同时也带动了相关产业链的升级和优化。深部矿产开采还有助于实现资源的有效利用和循环经济的推进。通过综合开发和回收利用,能够最大限度地提高矿产资源的利用效率,减少资源的浪费和环境的破坏。这对构建可持续发展的矿业模式,推动经济的绿色发展和循环经济的实现意义重大。
深部缓倾斜厚大金矿床是指位于地下较深处、倾角较缓、矿体较厚且隐藏丰富金矿资源的矿床,其开采技术难度大,岩体赋存条件复杂,安全风险高,经济效益低。在开采过程中所产生的地压灾害、突水灾害、高应力、强扰动等严重影响采场围岩稳定性,加剧顶板失稳破坏风险,以及采空区处理及地表设施保护等问题,这些严重制约了深部矿体开采进程。缓倾斜厚大矿床开采具有以下显著特征:首先,顶板控制难度大。由于这类矿床的赋存环境复杂,采场地压和区域地压问题较为明显,常常发生局部或区域性地压灾害。传统的支护方法效果不佳,导致岩层控制和采空区处理变得困难。其次,采场结构参数和开采技术指标存在问题。由于该类型矿床的工程地质环境较差,采场布置方式和采场结构参数的选择相当具有挑战性,进而导致矿石回采技术经济指标不尽如人意,这会导致资源的利用效果不理想。此外,目前针对这类矿床开采的成熟技术相对较少,开采作业中浪费了大量矿产资源,这些资源的损失通常是永久性的。由于缺乏适应这种矿床特点的成熟技术,对矿产资源的高效利用成为一项难题。
为了提高这类矿床的开采效率和安全性,本书系统地研究了深部缓倾斜厚大金矿床安全高效机械化开采技术。以胶东半岛焦家金矿为例,详细介绍了该矿床的地质特征、工程地质条件、水文地质特征等基础资料,分析了目前该矿床开采技术现状及存在的问题。深部缓倾斜厚大矿体开采面临的主要问题是:深部岩体损伤演化及强度劣化机理不明确,与浅部岩体不同,由于深部地应力作用,岩体节理裂隙发育十分复杂,室内试验获取的基础力学参数不能完全表征岩体力学行为;岩体稳定性分级不准确,对于深部缓倾斜岩体,传统RMR分级法中岩体质量指标RQD和节理间距两项指标较难精准获取,其受节理方位及测量角度影响较大,分级不准确导致顶板控制难度加大;顶板支护技术较为落后,面对顶板在断层存在的情况下有发生整体垮冒的风险,传统支护手段难以解决此类问题;采矿方案需要优化,焦家金矿现有采矿方法为上向水平进路充填法,其回采顺序较为传统,开采方式较为简单,采场结构参数较为单一,难以适应焦家金矿深部复杂矿体的回采工作。
1 焦家金矿概况
1.1 地理位置、交通和区域经济
1.2 区域地质概况
1.2.1 矿区地质特征
1.2.2 水文地质特征
2 深部节理硬岩强度特征与损伤演化规律
2.1 室内基础岩石物理力学试验
2.1.1 概述
2.1.2 现场取样加工
2.1.3 岩石力学试验过程及结果
2.2 节理硬岩强度特征与损伤演化规律
2.2.1 现场取样及加工
2.2.2 试验设备及方案
2.2.3 试验结果分析
2.2.4 基于声发射的岩石卸荷破坏损伤演化规律
2.3 本章小结
3 深部围岩节理裂隙统计分析及围岩稳定性分级
3.1 现场节理裂隙统计分析及关键块分析
3.1.1 ShapeMetrix3D系统简介
3.1.2 利用蒙特卡洛方法模拟岩体结构面
3.1.3 岩体结构面数字摄影测量及结构面模拟
3.2 围岩稳定性分级及力学参数计算
3.2.1 金属矿山围岩稳定性分级方法研究现状与问题
3.2.2 基于修正的RMR围岩稳定性分级
3.2.3 基于BQ的岩体稳定性分级
3.2.4 最终分级结果确定
4 不同充填接顶率围岩变形规律研究
4.1 试验研究及分析
4.1.1 试样材料准备
4.1.2 试样设备介绍
4.1.3 试验方案及操作
4.1.4 试验结果及分析
4.1.5 试样声发射分析
4.2 岩石孔洞周边应力分布
4.2.1 假设条件
4.2.2 复变函数保角变换
4.2.3 复势函数解析方法步骤
4.2.4 理论计算求解
4.2.5 考虑支护阻力的围岩应力解析量计算(存在远场应力)
4.3 数值模拟分析
4.3.1 模型建立
4.3.2 参数标定
4.3.3 模拟结果分析
4.3.4 颗粒位移矢量与裂纹演化规律
4.3.5 应力演化规律
4.4 本章小结
……
5 缓倾斜厚大矿体采矿方法多属性决策优选
6 采场结构参数与开采顺序动态优化
7 采场结构参数与开采顺序动态优化
参考文献