本書共分7章,主要內容包括:焦家金礦概況、深部節(jié)理硬巖強度特征與損傷演化規(guī)律、深部圍巖節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析及圍巖穩(wěn)定性分級、不同充填接頂率圍巖變形規(guī)律研究、緩傾斜厚大礦體采礦方法多屬性決策優(yōu)選、采場結構參數(shù)與開采順序動態(tài)優(yōu)化、采場結構參數(shù)與開采順序動態(tài)優(yōu)化。
礦業(yè)是人類文明演變和社會經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分,對經(jīng)濟和社會發(fā)展具有巨大的推動作用。隨著部分地區(qū)淺層礦床資源逐漸枯竭,為了滿足資源需求,人們轉向深部開采。深部礦床蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源,能夠提供多樣化的礦產(chǎn)供應,滿足市場對不同礦產(chǎn)的需求,促進區(qū)域經(jīng)濟的多元化發(fā)展。通過深部開采,可以獲取更多關于地下構造和礦床特征的信息,這有助于加深我們對地球內部結構和地質演化的認識,推動地質科學的進步。由于地下較深處的位置,礦體所處的地質環(huán)境相對復雜,巖體結構可能較為疏松、斷裂和節(jié)理發(fā)育程度高,使得礦石的穩(wěn)定性變差,存在塌方、坍塌等地質災害風險,給開采工作帶來一系列的工程難題。同時開采技術難度大,所需的投入與風險相對較高,開采成本也會相應增加。深部開采往往需要更高的能源消耗和設備維護成本,以及較長的開采周期。因此需要不斷研發(fā)新的采礦設備、工藝技術和安全管理手段。這促進了工程技術的突破和創(chuàng)新,推動了自動化、智能化和綠色環(huán)保等領域的發(fā)展,同時也帶動了相關產(chǎn)業(yè)鏈的升級和優(yōu)化。深部礦產(chǎn)開采還有助于實現(xiàn)資源的有效利用和循環(huán)經(jīng)濟的推進。通過綜合開發(fā)和回收利用,能夠最大限度地提高礦產(chǎn)資源的利用效率,減少資源的浪費和環(huán)境的破壞。這對構建可持續(xù)發(fā)展的礦業(yè)模式,推動經(jīng)濟的綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟的實現(xiàn)意義重大。
深部緩傾斜厚大金礦床是指位于地下較深處、傾角較緩、礦體較厚且隱藏豐富金礦資源的礦床,其開采技術難度大,巖體賦存條件復雜,安全風險高,經(jīng)濟效益低。在開采過程中所產(chǎn)生的地壓災害、突水災害、高應力、強擾動等嚴重影響采場圍巖穩(wěn)定性,加劇頂板失穩(wěn)破壞風險,以及采空區(qū)處理及地表設施保護等問題,這些嚴重制約了深部礦體開采進程。緩傾斜厚大礦床開采具有以下顯著特征:首先,頂板控制難度大。由于這類礦床的賦存環(huán)境復雜,采場地壓和區(qū)域地壓問題較為明顯,常常發(fā)生局部或區(qū)域性地壓災害。傳統(tǒng)的支護方法效果不佳,導致巖層控制和采空區(qū)處理變得困難。其次,采場結構參數(shù)和開采技術指標存在問題。由于該類型礦床的工程地質環(huán)境較差,采場布置方式和采場結構參數(shù)的選擇相當具有挑戰(zhàn)性,進而導致礦石回采技術經(jīng)濟指標不盡如人意,這會導致資源的利用效果不理想。此外,目前針對這類礦床開采的成熟技術相對較少,開采作業(yè)中浪費了大量礦產(chǎn)資源,這些資源的損失通常是永久性的。由于缺乏適應這種礦床特點的成熟技術,對礦產(chǎn)資源的高效利用成為一項難題。
為了提高這類礦床的開采效率和安全性,本書系統(tǒng)地研究了深部緩傾斜厚大金礦床安全高效機械化開采技術。以膠東半島焦家金礦為例,詳細介紹了該礦床的地質特征、工程地質條件、水文地質特征等基礎資料,分析了目前該礦床開采技術現(xiàn)狀及存在的問題。深部緩傾斜厚大礦體開采面臨的主要問題是:深部巖體損傷演化及強度劣化機理不明確,與淺部巖體不同,由于深部地應力作用,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育十分復雜,室內試驗獲取的基礎力學參數(shù)不能完全表征巖體力學行為;巖體穩(wěn)定性分級不準確,對于深部緩傾斜巖體,傳統(tǒng)RMR分級法中巖體質量指標RQD和節(jié)理間距兩項指標較難精準獲取,其受節(jié)理方位及測量角度影響較大,分級不準確導致頂板控制難度加大;頂板支護技術較為落后,面對頂板在斷層存在的情況下有發(fā)生整體垮冒的風險,傳統(tǒng)支護手段難以解決此類問題;采礦方案需要優(yōu)化,焦家金礦現(xiàn)有采礦方法為上向水平進路充填法,其回采順序較為傳統(tǒng),開采方式較為簡單,采場結構參數(shù)較為單一,難以適應焦家金礦深部復雜礦體的回采工作。
1 焦家金礦概況
1.1 地理位置、交通和區(qū)域經(jīng)濟
1.2 區(qū)域地質概況
1.2.1 礦區(qū)地質特征
1.2.2 水文地質特征
2 深部節(jié)理硬巖強度特征與損傷演化規(guī)律
2.1 室內基礎巖石物理力學試驗
2.1.1 概述
2.1.2 現(xiàn)場取樣加工
2.1.3 巖石力學試驗過程及結果
2.2 節(jié)理硬巖強度特征與損傷演化規(guī)律
2.2.1 現(xiàn)場取樣及加工
2.2.2 試驗設備及方案
2.2.3 試驗結果分析
2.2.4 基于聲發(fā)射的巖石卸荷破壞損傷演化規(guī)律
2.3 本章小結
3 深部圍巖節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析及圍巖穩(wěn)定性分級
3.1 現(xiàn)場節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析及關鍵塊分析
3.1.1 ShapeMetrix3D系統(tǒng)簡介
3.1.2 利用蒙特卡洛方法模擬巖體結構面
3.1.3 巖體結構面數(shù)字攝影測量及結構面模擬
3.2 圍巖穩(wěn)定性分級及力學參數(shù)計算
3.2.1 金屬礦山圍巖穩(wěn)定性分級方法研究現(xiàn)狀與問題
3.2.2 基于修正的RMR圍巖穩(wěn)定性分級
3.2.3 基于BQ的巖體穩(wěn)定性分級
3.2.4 最終分級結果確定
4 不同充填接頂率圍巖變形規(guī)律研究
4.1 試驗研究及分析
4.1.1 試樣材料準備
4.1.2 試樣設備介紹
4.1.3 試驗方案及操作
4.1.4 試驗結果及分析
4.1.5 試樣聲發(fā)射分析
4.2 巖石孔洞周邊應力分布
4.2.1 假設條件
4.2.2 復變函數(shù)保角變換
4.2.3 復勢函數(shù)解析方法步驟
4.2.4 理論計算求解
4.2.5 考慮支護阻力的圍巖應力解析量計算(存在遠場應力)
4.3 數(shù)值模擬分析
4.3.1 模型建立
4.3.2 參數(shù)標定
4.3.3 模擬結果分析
4.3.4 顆粒位移矢量與裂紋演化規(guī)律
4.3.5 應力演化規(guī)律
4.4 本章小結
……
5 緩傾斜厚大礦體采礦方法多屬性決策優(yōu)選
6 采場結構參數(shù)與開采順序動態(tài)優(yōu)化
7 采場結構參數(shù)與開采順序動態(tài)優(yōu)化
參考文獻