馮艷平

(金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司, 河南洛陽市 471200)

東溝鉬礦地表移動(dòng)界線的確定

馮艷平

(金堆城鉬業(yè)汝陽有限責(zé)任公司, 河南洛陽市 471200)

東溝鉬礦北礦區(qū)地下采礦引起原巖應(yīng)力場(chǎng)破壞,地表出現(xiàn)變形和位移,采用工程類比法對(duì)北礦區(qū)進(jìn)行研究,確定了巖層移動(dòng)角,并計(jì)算出地表移動(dòng)界線,研究確定了開采界線,通過限制后期采礦活動(dòng),確保了地面選礦廠和居民房等重要建筑的安全。

巖層移動(dòng);采空區(qū);移動(dòng)角;開采界線

地下開采過程中,礦石采出后原巖應(yīng)力場(chǎng)遭到破壞,在采空區(qū)不及時(shí)處理的情況下,圍巖將發(fā)生變形和位移[1-12],隨著采空區(qū)不斷擴(kuò)大、巖移范圍也將相應(yīng)擴(kuò)大,頂板有可能產(chǎn)生開裂、冒頂,甚至是大面積移動(dòng)等工程地質(zhì)災(zāi)害[6-11]。當(dāng)巖移范圍擴(kuò)大到地表時(shí),地表將產(chǎn)生變形和移動(dòng),形成下沉盆地或塌陷坑[13-16]。地表與巖體移動(dòng)的形式和劇烈程度取決于巖體的力學(xué)性質(zhì)、礦體埋藏條件和所用的采礦方法等[1-3]。巖體內(nèi)的軟弱結(jié)構(gòu)面如大的斷裂構(gòu)造對(duì)區(qū)域性的巖體穩(wěn)定性起著控制作用。因此,為使礦山的地表工業(yè)場(chǎng)地、堅(jiān)井等設(shè)施布置在不受開采影響的安全地帶,必須對(duì)開采后地表及巖體移動(dòng)范圍進(jìn)行圈定。

1 北礦區(qū)工程概況

東溝鉬礦是金堆城鉬業(yè)股份有限公司旗下的河南鉬礦區(qū),位于河南省汝陽縣楊坪～王坪多金屬礦田內(nèi)。前期民采工程主要形成546,570,596和610 m4個(gè)開采中段,采場(chǎng)主要集中在礦體的南部和東南部且分布不規(guī)律,開拓工程和運(yùn)輸系統(tǒng)比較混亂。后期公司對(duì)收購(gòu)礦山整合后,重新進(jìn)行了開拓運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工,形成了560,590和620m3個(gè)開采中段,采用淺孔留礦法采礦。5000t/d選廠毗鄰礦體北部,海拔670～710m,考慮到選礦廠的重要性,特委托長(zhǎng)沙礦山研究院對(duì)北礦區(qū)地下采空區(qū)地表移動(dòng)界線和采礦界線進(jìn)行了研究確定。

2 地表移動(dòng)界線研究方法的確定

本次研究通過對(duì)一些礦山有關(guān)移動(dòng)角的資料以及移動(dòng)角的確定方法進(jìn)行分析,采用類比法作為本次北礦區(qū)地表移動(dòng)界線圈定研究的方法。

通過對(duì)北區(qū)井下巖體條件的研究,安山巖、英安巖、鉬礦體等巖體的穩(wěn)定性較好,巖體物理力學(xué)性質(zhì)比較相近,普氏硬度系數(shù)f＝8～10。經(jīng)與國(guó)內(nèi)外其它礦山巖性類比(見表1、表2),一般空區(qū)巖體移動(dòng)角取65°;紡錘形(橢圓形)空區(qū)長(zhǎng)軸邊緣移動(dòng)角取75°;地表以下10m為第四系表土層,移動(dòng)角取45°;第四系以下10m為風(fēng)化層,移動(dòng)角取55°。移動(dòng)角確定以后,垂直于5000t/d選廠建筑物軸線方向每隔20m做一個(gè)剖面,共計(jì)20個(gè)剖面,同時(shí)保證各分層的空區(qū)都在剖面的控制范圍之內(nèi)。

表1 表土移動(dòng)角

表2 國(guó)內(nèi)礦山移動(dòng)角取值

3 地表移動(dòng)界線的確定

為不影響選廠建筑物的穩(wěn)定性,必須對(duì)采礦范圍進(jìn)行限制。采礦活動(dòng)限制界線的劃定以5000t選廠建筑物邊緣基線為基礎(chǔ),根據(jù)采礦各巖層的移動(dòng)角,在各個(gè)剖面上反推各分層的采礦限制界線。各巖層移動(dòng)角與前述空區(qū)移動(dòng)角取值大小一致。以546中段采空區(qū)為例,地表移動(dòng)界線圈定方法如下:

本層空區(qū)共17個(gè),距地表約145m左右,其中,采1～采14號(hào)空區(qū)基本均勻?qū)ΨQ分布于運(yùn)輸巷兩側(cè),呈近似紡錘形或近似矩形,空區(qū)彼此相距較近,采15、采16、采17號(hào)空區(qū)位于1～14號(hào)空區(qū)北部,空區(qū)較為細(xì)長(zhǎng),空區(qū)彼此相距較遠(yuǎn)。各采空區(qū)頂?shù)装寰鶠榘采綆r鉬礦體,巖石強(qiáng)度高,巖體穩(wěn)固性較好,各采空區(qū)也未見大規(guī)模冒落,穩(wěn)定性較好。

(1)將各采空區(qū)外圍邊界連線,且將所有采空區(qū)圈起來,形成一個(gè)封閉的曲線,封閉曲線內(nèi)可視作采空區(qū)范圍,對(duì)于彼此相距較遠(yuǎn)的可視作獨(dú)立空區(qū);

(2)沿5000t選廠建筑物軸線的垂線方向每隔20m做一個(gè)空區(qū)的剖面線,并同時(shí)沿該組線的垂直方向每隔20m做另一組剖面線,兩組剖面線要覆蓋所有的空區(qū);

(3)在空區(qū)周圍沿各個(gè)剖面做移動(dòng)角連線并與地表地形曲線相交,連接各剖面移動(dòng)角線與地表地形曲線的交點(diǎn),即為空區(qū)的地表移動(dòng)線(見圖1)。

圖1 地表巖移界線確定方法

按上述方法作出546中段地表移動(dòng)界線和采礦界線(見圖2)。

圖2 546中段地表巖移界線和采礦界線

4 結(jié) 論

根據(jù)上述方法和條件,546分層空區(qū)地表移動(dòng)線如圖2所示,由圖2可見,5000t選廠所有建筑物均處于地表移動(dòng)線之外,本分層空區(qū)對(duì)5000t選廠建筑物不構(gòu)成影響,但必須停止546m分層X1＝7048.6,Y1＝9308.8;X2＝7583.7,Y2＝9551.4以西范圍的采礦活動(dòng),以確保后期地表建筑的穩(wěn)定。

[1]鐘 瑞,張紅軍,張 晶.基于ANSYS的采空區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究[J].化工礦物與加工,2017(05):52-56.

[2]閻曉榮,柯 波,羅黎明,等.某采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建及定量分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2016(08):194-196.

[3]張志華,張義平,沈仲輝,等.某礦充填采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性數(shù)值模擬研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(03):51-55.

[4]周蘭蘭,劉艷中,陳 勇,等.采空區(qū)地壓活動(dòng)的時(shí)空分布研究與應(yīng)用[J].化工礦物與加工,2017(03):38-42.

[5]高學(xué)通.金屬礦山條帶狀老舊采空區(qū)尾砂充填治理技術(shù)[J].采礦技術(shù),2017,17(02):58-60,87.

[6]仵鋒鋒.大型采空區(qū)高天窗開通技術(shù)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(10):76-79.

[7]徐 剛,胡靜云,李庶林.特大采空區(qū)側(cè)上方采礦地壓安全綜合研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(10):109-115.

[8]董川龍,程虹銘.基于采空區(qū)圍巖大冒落動(dòng)力沖擊災(zāi)害研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2016,36(09):38-40.

[9]劉 濤.基于AHP－Fuzzy法的采空區(qū)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].有色金屬(礦山部分),2016(05):49-52.

[10]姜立春,羅恩民,賈曉川.縱向采空區(qū)群失穩(wěn)動(dòng)態(tài)演化過程研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(04):62-65.

[11]王培武,楊 順,王賢偉.特大采空區(qū)及高大礦柱穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)研究[J].采礦技術(shù),2016,16(03):37-39.

[12]劉海林,張成舟,王 星.低價(jià)值礦體復(fù)雜采空區(qū)群治理技術(shù)研究[J].金屬礦山,2016(08):134-137.

[13]李 想,呂玲芝,謝曉斌.FLAC3D在圈定地表移動(dòng)帶中的應(yīng)用[J].有色金屬科學(xué)與工程,2011,02(4):76-80.

[14]張 飛,王 濱,田 睿,等.書記溝鐵礦地下開采巖層移動(dòng)界線的圈定[J].金屬礦山,2011,40(3):38-41.

[15]袁 義.地下金屬礦山巖層移動(dòng)角與移動(dòng)范圍的確定方法研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2008.

[16]黃慶享,夏小剛.采動(dòng)巖層與地表移動(dòng)的“四帶”劃分研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào),2016,33(3):393-397.

[17]溫繼滿.厚沖積層下開采地表巖層移動(dòng)規(guī)律實(shí)測(cè)分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010,38(6):104-107.

[18]郭金峰,金 淮.南京鉛鋅銀礦地表巖層移動(dòng)規(guī)律[J].金屬礦山,1997,26(10):6-8.

[19]孔素麗,龐慶剛.厚沖積層大采深條件下的地表巖層移動(dòng)規(guī)律探討[J].金屬礦山,2015,44(4):201-204.

[20]王力強(qiáng).確定礦區(qū)地表巖層移動(dòng)參數(shù)的方法[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010(5):163-164.

2016-03-19)