石碌鐵礦

1、所屬領(lǐng)域

采礦工程

2、適用范圍

露天轉(zhuǎn)地下礦山

3、基本原理

通過前期現(xiàn)場節(jié)理裂隙調(diào)查、地應(yīng)力測試、室內(nèi)巖石力學(xué)試驗獲取礦巖的基本物理力學(xué)參數(shù),并結(jié)合地質(zhì)調(diào)查和豎井地質(zhì)鉆孔資料進(jìn)行巖體分級。在上述工作基礎(chǔ)之上,采用 Labscher經(jīng)驗計算法,初步確定了礦山的錯動角和崩落角,開發(fā)了基于連續(xù)介質(zhì)的礦山崩落模擬方法,獲得開采過程的巖層移動規(guī)律及地表的移動范圍,并通過對覆蓋層入滲系數(shù)研究、塌陷區(qū)滲透特性研究及排水現(xiàn)狀分析,對塌陷區(qū)暴雨徑流滲入量進(jìn)行優(yōu)化估算。

4、關(guān)鍵技術(shù)與裝備

水壓致裂地應(yīng)力測量器、廢石滲透試驗器、RSM-SYS數(shù)字式超聲波儀。

三維激光掃|描方法獲取現(xiàn)場節(jié)理裂隙分布特征; 水壓致裂法獲取礦區(qū)地應(yīng)力特征; 室內(nèi)巖石物理力學(xué)實驗包括密度和縱波速測量、單軸壓縮試驗、三軸壓縮試驗獲取礦區(qū)礦巖的物理力學(xué)參數(shù)。

RMR指標(biāo),礦區(qū)應(yīng)力條件以及節(jié)理發(fā)育特征,采用 Labscher經(jīng)驗計算方法,確定了礦山的錯動角和崩落角。

5、工藝流程

通過三維激光掃|描方法獲取現(xiàn)場節(jié)理裂隙分布特征,結(jié)合工程地質(zhì)鉆探綜合獲取礦巖的工程地質(zhì)特征,并采用水壓致裂法獲取礦區(qū)地應(yīng)力特征。

采用各種室內(nèi)巖石物理力學(xué)實驗包括密度和縱波速測量、單軸壓縮試驗、三軸壓縮試驗獲取礦區(qū)礦巖的物理力學(xué)參數(shù)。而后對礦巖進(jìn)行巖體分級,采用多種經(jīng)驗和理論的方法綜合獲得巖體的力學(xué)參數(shù)。

綜合國內(nèi)礦山的類比,結(jié)合海南鐵礦的基本礦巖特征,推薦礦山的錯動角和崩落角基于礦巖的RMR指標(biāo),礦區(qū)應(yīng)力條件以及節(jié)理發(fā)育特征,采用 Labscher經(jīng)驗計算方法,初步確定了礦山的錯動角和崩落角。

開發(fā)基于連續(xù)介質(zhì)的礦山崩落模擬方法,該方法在FLAC3D的平臺上引入基于控制體積的質(zhì)量守恒方程,能夠較好的反映整個開采過程中圍巖的開裂軟化、冒落膨脹以及充填采空區(qū)的過程。并將該方法引用于北一和保秀兩個采區(qū),獲得開采過程的巖層移動規(guī)律及地表的移動范圍。

針對碎石覆蓋層滲入系數(shù),通過模擬采礦引起的覆蓋層移動過程,獲得覆蓋層表面的移動變化規(guī)律。由覆蓋層移動變化規(guī)律找出現(xiàn)凹陷或局部很薄的最不利工況,進(jìn)行降雨入滲計算,獲得覆蓋層滲入系數(shù)。

結(jié)合目前現(xiàn)狀露天采場的排水資料}及井下-360泵房的排水資料進(jìn)行統(tǒng)計分析,獲得現(xiàn)狀條件下露天采場外圍匯水的地表徑流系數(shù)及現(xiàn)狀條件下地表塌陷區(qū)的暴雨滲入系數(shù)。

分析地表塌陷區(qū)的滲透特性,“三帶”的水文地質(zhì)特征及其對降雨滲入的影響,確定合理的降雨滲入系數(shù),根據(jù)上述開采地表的沉陷分區(qū),對礦山的暴雨滲入量進(jìn)行估算。

6、主要創(chuàng)新點

（1）基于控制體積理論提出了崩落法開采塌陷模擬分析方法,采用了有限差分和控制體積算法的耦合技術(shù),揭示了崩落法開采礦山圍巖移動及塌落規(guī)律,可為礦山建設(shè)規(guī)劃提供依據(jù)。

（2）提出了一種地表變形場的計算方法。依據(jù)地表位移場,利用移動最小二乘法計算地表變形場,并確定地表任一點的最大變形值及方向,提高了圈定地表移動范圍的準(zhǔn)確性。

（3）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法,建立滲透系數(shù)和覆蓋層全級配特征之間的關(guān)系,揭示了碎石土不同粒徑組對滲透系數(shù)的影響規(guī)律。

（4）項目研究成果已成功應(yīng)用于海南石碌鐵礦,取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益項目整體技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

7、典型實例及成效

已成功應(yīng)用于海南石碌鐵礦，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

8、推廣應(yīng)用前景

崩落采礦方法是以崩落圍巖來實現(xiàn)地壓管理的采礦方法。即在崩落礦石的同時強(qiáng)制或自然崩落圍巖,充填空區(qū),用于控制和管理地壓。崩落法有生產(chǎn)效率高,作業(yè)安全、使用靈活、采礦成本低以及地壓管理科學(xué)等的優(yōu)點。然而,隨著國家對環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的越來越重視,礦山的開采引起地表的塌陷越來越受到關(guān)注。海南石碌鐵礦處于熱帶強(qiáng)降雨地區(qū),礦體厚大埋深大,開采范圍大,采用無底柱分段崩落法進(jìn)行開采。初步設(shè)計中按照傳統(tǒng)的類比法圈定了礦體開采后的錯動區(qū),范圍較大,設(shè)計按此錯動區(qū)計算的降雨滲入量較大,造成礦山排水的投資及運營費巨大,本課題正是基于此對依托礦山開展一系列的綜合研究,分析深井礦山開采擾動分布規(guī)律與冒落塌陷過程,及覆蓋層、塌陷區(qū)降雨入滲特征。研究成果對提升礦山生產(chǎn)技術(shù)水平,有效、穩(wěn)定地開發(fā)和利用礦產(chǎn)資源,具有重要意義。