湘安鎢礦多層礦體開采順序的影響研究

李運勝，楊 波

(1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南長沙 410012;2.辰州礦業(yè)湘安鎢礦有限責(zé)任公司，湖南益陽市 413500)

0 前言

湘安鎢礦為接觸變質(zhì)型白鎢礦床，埋深一般50～250 m，最大300 m。礦床產(chǎn)于大神山花崗巖體外接觸帶的下震旦統(tǒng)南沱砂巖組有利地段，沿走向控制長度1300 m，最大傾向延深大于860 m。在其成礦空間大于50 m的范圍內(nèi)，有彼此平行的層狀、似層狀礦體疊覆出現(xiàn)。礦區(qū)內(nèi)共見三層具有一定規(guī)模的礦體，自上而下分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ礦層，大致平行分布，各礦體的間距較小，如果三層礦體同時開采，會對礦山的開采安全造成一定的影響，因此，如何開采這三層礦體就顯得十分重要，本文針對三層礦體之間的開采順序以及相互之間的影響，采用巖石力學(xué)軟件，從理論上進行分析，并確定其正確的開采順序。

1 地質(zhì)概況及礦體開采技術(shù)條件

湘安鎢礦位處川黔南北構(gòu)造帶上，礦區(qū)總面積58 km2，由高坪和白巖兩個礦區(qū)組成，為一大型海相沉積磷塊巖礦床。礦區(qū)出露地層及主要巖性特征由老至新分別為:五強溪組(Ptbnw):板巖、砂質(zhì)板巖、細砂巖;南沱組(Zan):砂巖，出露厚度42～54 m，于礦區(qū)南部呈向南突出的弧形帶狀分布;南沱冰磧礫巖組(Zann):冰磧礫泥巖;陡山沱組(Zbd):板巖、粉砂巖，厚度數(shù)十米;燈影組(Zbdn):厚層硅質(zhì)巖為主。

Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ礦層傾角上緩下陡，上部一般為18°～30°，深部稍陡，為 30°～40°，平均 17°～33°。Ⅱ礦體距Ⅰ礦體底板水平距離5～20 m，垂距2～15 m，Ⅱ礦體無明顯的構(gòu)造標(biāo)志層，Ⅳ礦體距Ⅰ礦體水平距離70～90 m，距Ⅱ礦體底板0～5 m，垂距0～3 m。Ⅰ礦層在地表出露完整，其它礦層均為盲礦體。

Ⅰ礦體為礦區(qū)內(nèi)的主礦體，平均厚度1.61 m。Ⅱ礦體平均厚度1.56 m;Ⅳ礦體平均厚度1.92 m。Ⅱ礦體距Ⅰ礦體底板2～15 m，Ⅳ礦體距Ⅱ礦體底板0～3 m。

礦區(qū)上盤圍巖約為70～80 m的南沱冰磧礫巖組礫巖，直接頂?shù)装寮s為6～7 m南沱組砂巖，下盤圍巖一般為五強溪組板巖。礦體普氏硬度系數(shù)f=14～16，礦體連續(xù)完整，下部圍巖硬度系數(shù)f=12～14，堅硬穩(wěn)固;礦石松散系數(shù) k=1.7。

礦巖物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖體強度參數(shù)

2 開采順序?qū)Σ蓤霭踩挠绊?/h2>

礦山三層礦體在垂直空間內(nèi)呈多層狀賦存，各礦體之間的走向、厚度及品位的變化，容易形成復(fù)雜的開采格局和較大的采空區(qū)，給礦石回采及地壓管理帶來了很大的難度，同時，開采順序如果選擇不恰當(dāng)?shù)脑?，會形成“樓板”，因此，確定多層礦體相互之間的開采順序?qū)Σ蓤龅陌踩珮O為重要。

3 Ⅳ礦脈采場暴露面積的分析

依據(jù)礦山工程地質(zhì)現(xiàn)場調(diào)查，采用Mathews圖解方法對開采現(xiàn)狀以及采場采空區(qū)上盤暴露面積進行穩(wěn)定性分析。Mathews穩(wěn)定性圖解包含3個區(qū)域，區(qū)域之間被2個過渡帶分隔(見圖1)。

圖1 穩(wěn)定性系數(shù)與水力半徑的相關(guān)關(guān)系

(1)穩(wěn)定區(qū)。開挖體無支護或局部支護可以自立。

(2)無支護過渡區(qū)～支護穩(wěn)定區(qū)～支護過渡區(qū)。發(fā)生局部破壞，但形成穩(wěn)定的平衡拱。

(3)崩落區(qū)。開挖體將產(chǎn)生破壞，一直到開挖空間被填滿。應(yīng)用穩(wěn)定性圖表方法需要計算兩個參數(shù)，一個是形狀因素，另一個是穩(wěn)定性系數(shù)。形狀因素考慮了單獨采場暴露表面的尺寸和形狀，形狀系數(shù)是暴露面的水力半徑;穩(wěn)定性系數(shù)反映了在一定的應(yīng)力條件下巖體自立的能力。

Mathews穩(wěn)定性系數(shù)的計算公式為:

式中:Q＇—修正的Q系統(tǒng)分級法;

A—巖石應(yīng)力系數(shù)，為評價的采空面邊界上巖

石單軸抗壓強度σc與誘生的壓應(yīng)力σi之比，

取值范圍為:若 σc/σi＜ 2 ，A=0.1;如果2 ＜σc/σi＜ 10 ，則A=0.1125 ×(σc/σi)－0.125;如果 σc/σi＞ 10，則 A=1;

B—節(jié)理方位系數(shù)，取決于關(guān)鍵不連續(xù)的節(jié)理面方向與需要分析的面方位間的差值;

C—重力調(diào)整系數(shù)。

以湘安鎢礦基本礦巖物理力學(xué)參數(shù)為依據(jù)，按Q系統(tǒng)分級的方法對礦體頂?shù)装宓牡[巖、砂巖、板巖和礦體進行分類，得出分析結(jié)果:礫巖Q=13.47，砂巖 Q=10.3，Ⅰ礦體 Q=7.2，Ⅱ礦體 Q=7，Ⅳ礦體 Q=6.5，板巖 Q=16.75。

根據(jù)礦體的產(chǎn)狀、工程地質(zhì)調(diào)查以及巖石力學(xué)參數(shù)試驗結(jié)果，換算得出湘安鎢礦主要圍巖及礦體保持穩(wěn)定性時各項指標(biāo)和穩(wěn)定水力半徑，具體見表2。

表2 Mathews穩(wěn)定性系數(shù)的計算參數(shù)表

根據(jù)表2中的計算參數(shù)，按式(1)以及圖1，可得出在開采Ⅳ礦體時，保證Ⅰ礦體和Ⅱ礦體穩(wěn)定狀況的各區(qū)容許水力半徑分別為:穩(wěn)定區(qū)水力半徑為0 ～6.0;無支護過渡區(qū)水力半徑為 6.0 ～7.25;水力半徑大于7.25為崩落區(qū)。

根據(jù)設(shè)計中開采Ⅳ礦體采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，采場上盤暴露面積、水力半徑，得出采場上盤圍巖的穩(wěn)定性狀況(見表3)。

表3 開采Ⅳ礦體時采場上盤暴露面水力半徑及穩(wěn)定性狀況表

從表3中可以看出:湘安鎢礦頂柱礦石的跨度在10 m以下時，水力半徑按Hn=6計算頂柱是穩(wěn)定安全的，此時對應(yīng)頂板的穩(wěn)定暴露面積只要控制在50～60 m2(大致相當(dāng)于走向長度為50 m，寬12～20 m的采場暴露面積)即可，超過此值后，隨著上下采場頂?shù)字⑾噜彶蓤鲩g柱被采出，采場高度和長度增加，上盤暴露面積逐漸增大，上盤圍巖處于無支護過渡區(qū)和崩落區(qū)。會對Ⅰ礦體和Ⅱ礦體開采造成影響，直至上盤圍巖發(fā)生垮冒，采空區(qū)被充填滿。

4 結(jié)語

通過對礦山采場的穩(wěn)定性進行分析可以知道，礦山對于多層礦體的開采，其順序為先開采下層礦體，后開采上層礦體，即先開采Ⅳ礦體，然后再開采Ⅱ礦體和Ⅰ礦體，開采Ⅳ礦體時，采場長度為50～80 m，中段高度為40 m，采空區(qū)上盤圍巖整體處于穩(wěn)定區(qū)，整體穩(wěn)定性良好，不會影響Ⅰ礦體和Ⅱ礦體開采，如果采場長度大于80 m、中段高度大于40 m，則會造成采空區(qū)上盤圍巖不穩(wěn)定。

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