2007.10金川矿区应力场和岩石力学研究.docVIP

金川矿区应力场和岩石力学研究 —金川矿区应力场 总结报告（摘要） 中国地质科学院地质力学研究所 金川集团有限公司镍钴研究院矿山分院 北京大学地球与空间科学学院 金川集团有限公司二矿区 金川集团有限公司三矿区 二○○七年十二月 目 录 概况 金川矿区研究成果调研总结500万吨，其中二矿区300万吨，承担着公司70%以上的自产矿石原料。二矿区年产量超过300万吨以后，随着二矿区年出矿量的连续大幅度增长，盘区、中段回采下降速度加快，开采深度和面积也在不断增加。深部多中段开采强度大，采动影响强烈，形成了水平矿柱与垂直矿柱。加上工程地质条件复杂、地压大、岩体稳定性差，致使采场充填体和采准巷道变形破坏严重。 2001年金川二矿区对1995年以来的地下巷道(包括全断面返修、局部返修及重复多次返修的)工程量进行了详细统计。结果如图6-1所示，其中2001年实际返修量已达到7066米，超出计划返修量2200米的三倍以上。 图6-1 巷道工程返修量统计图 由图中可见，从99年开始，井下巷道返修量急剧增加。大规模的地表变形、尤其是地裂缝的产生也多始于1999年，这并非巧合，巨大的返修工程量困扰着二矿区正常生产的组织和系统的有序运行。 二矿区巷道变形破坏的一般规律有以下几点： 1.不同空间和位置表现出不同的变形特征 金川矿区不良岩层巷道在不同的区域，呈现出显著的差异，从总体上来说，二矿区西部巷道收敛普遍要比东部巷道变形量大，矿体上盘内巷道的收敛变形大于下盘，对同一巷道断面，巷道水平收敛普遍大于垂直方向的收敛。 2.具有显著的时间效应 金川矿区地下巷道变形显示出极强的时效特性。一是初期变形发展快、初期变形量大，通常情况下，支护刚完成，就开始受压变形，变形发展很快。二次支护后，若二次支护成功，巷道变形速率呈下降趋势，经过一段时间的自我调整，变形速率可达稳定标准，此种情况下，初期阶段变形量为总变形的50%～80%或者更高；若二次支护不能阻止巷道变形的发展和承受大变形产生的强大围岩压力，在无进一步支护措施的情况下，最终将发生严重的破坏。二是变形持续时间长，即使二次支护发挥功效，其变形也将持续数月或数年，有时巷道自开挖始就从未停止过变形，直到巷道严重缩径甚至破坏为止。 3.巷道变形量大 金川矿区地下巷道收敛变形不仅具有变形快、初期变形量大的特点，而且由于变形持续时间长，巷道变形最终收敛量也非常大。比如二矿区1218分段自 1997年10月至2000年11月间的收敛变形情况统计结果表明，在三年时间内，水平方向上均为两帮向硐内净空收敛，平均水平相对位移约70cm，最大收敛量达116cm；垂向收敛量2～104cm，平均为45.6cm，最大为104cm；一些硐室因为尖顶而发生向上移动，使巷道高度增加，其位移量最大达139cm。 巷道的变形破坏归纳为以下几大类： 1）巷道顶板的变形破坏 在侧向强烈挤压作用下，会使巷道顶部支护结构产生破坏，其典型特征是顶部混凝土喷层或混凝土衬砌明显破坏成两个部分，同时 起拱线附近亦出现强烈破坏。根据调查，巷道支护破坏点在起拱线附近的破坏占所有破坏总数的90%左右。在破坏部位，除了可见混凝土开裂现象外，尚可见衬砌中的钢筋强烈扭曲、喷锚挂网扭曲或被拉断、钢拱架弯曲或折断等现象。 2）片帮 片帮是金川矿区地下巷道变形破坏中最常见的破坏类型，几乎所有的巷道的两个侧墙均不同程度的存在片帮。片帮多发生在侧墙中下部，尤以墙角处最为严重；在侧墙中上部至起拱线范围内也是片帮的主要分布位置之一，有时整个侧墙均出现强烈的片帮现象。片帮水平延伸通常达数米至数十米不等。轻微的片帮，仅在侧墙上出现贯通性纵向裂缝。严重片帮时，混凝土支护结构破坏并出现离层，与围岩之间形成空腔，钢筋强烈扭曲，钢拱架多在片帮处发生弯曲或折断，围岩被挤出而外露。 3）底鼓引起的底板破坏 在某些未封底或未设置仰拱的硐段可能会产生底鼓，不少硐段的底鼓量大于 50cm，甚至达100cm者也有所见。底鼓严重者表现为底板从中部或两端被掀起，并引起其他类型的破坏。 4）冒落 金川矿区地下巷道自稳能力极差，在巷道掘进过程中，很容易出现大规模塌方或冒顶。根据统计，在1250m水平中段开拓工程中，发生片冒的长度占巷道总掘进量的17%，在开拓宽度为3.0m左右的巷道时，冒落高度最大可达20m，平均高度约3m。 6.1.2 地下工程变形在地表的表现 经过多年的开采，在二矿区已形成较大规模的采空区，虽然采用胶结充填采矿法，但矿区岩体的移动已经在地表有所反映。 以二矿区的主采掘区为中心，形成一个移动区域。移动中心在14至18行之间，14行风井以南。据中国科学院地质与地球物理所在对金川矿区地表控制网GPS监测表明：采掘