深部难采矿床开采技术.docVIP

矿业快报Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４４４ ＥＸＰＲＥＳＳ ＩＮＦＯＲＭ ＡＴＩＯＮ 总第４４４期 Ｊｕｎｅ．２００６ ｏＦ ＭＩＮＩＮＧ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ２００６年６月 深部难采矿床开采技术 周爱民 李庶林 李向东 （长沙矿山研究院） 摘要：结合国家十五科技攻关研究成果，针对深部矿床高地应力、高井温特殊开采环境提出 了条件重构、安全保障和高效采矿的深部难采矿体开采技术体系。系统阐述了深部地应力重构、高 应力岩层支护、排热降温等开采条件重构理论与技术，岩爆倾向性综合评判、深部地压微震监测定 位、岩体失稳预报等采矿作业安全保障理论与技术，以及高分层充填采矿工艺。 关键词：深井开采；岩爆；微震监测；灾害预报；充填采矿１前言 高难采条件下实现高效率采矿创造开采条件；通过 随着我国金属矿产资源的不断开发，地表及浅 岩爆倾向综合性评判、全数字地压微震监测、高???度部金属矿产已逐渐枯竭，迫使金属矿山转入深部开 微震定位、基于分形理论和灰色预测理论的岩体失采。目前已有红透山铜矿、凡口铅锌矿、冬瓜山铜 稳声发射预报等安全开采保障技术与理论的创新，矿、会泽铅锌矿、大红山铜矿、金川镍矿和湘西金矿 为高效率采矿提供安全保障技术；通过高分层无轨等已经进入８００ｍ深井开采。据统计在未来１０～ 机械化采矿工艺和集中爆破控制技术的创新实现高１５ａ的时间内，我国将有１／３的有色金属矿山的开采 效率采矿。深度将达到或超过１０００ｍ。新发现的矿床则大都属 ２深部开采条件重构于深部矿床，尤其是现有在建矿山的深部找矿已成 开采条件重构是指通过一定的技术措施和合理为扩大资源量的一个很重要的方面，这些矿床都将 的工程布置，改造原有不利的开采技术条件，创造合进入深部开采。 适的开采环境，使之有利于采用高效的采矿工艺和 深部开采存在着高地应力、高井温等特殊的双 实现安全生产。深部矿床不利的开采条件主要是高高开采技术条件，使采矿作业遇到一系列技术难题。 地应力和高井温，因而开采条件重构的目标是降低深部高地应力将制约高效率采矿工艺的应用，引发 作业区地应力，提高地下工程抵抗破坏的能力，降低采场冒顶坍塌、巷道失稳和岩爆灾害，严重威胁人 井下作业面温度。员、设备安全；井下高温损害工人健康，降低劳动效 ２．１重构应力状态降低作业区地应力率，急剧增加通风成本。我国在金属矿床深部开采 开挖地下工程将导致地应力重新分布，使得部技术方面的研究工作起步较晚，２０世纪９０年代才 分区段应力升高，而部分区段应力降低。通过科学开始立项开展前期研究工作。深部矿床开采应用技 合理地布置工程和开挖顺序，可以使作业区的应力术远远满足不了我国陆续进入深部环境的矿山对技 降低。术的需求。 经研究表明，结合采矿工艺通过盘区两端卸荷， 十五期间，通过国家科技攻关课题的支持，由长 可以在回采过程中通过采场局部弱化技术和合理的沙矿山研究院与凡口铅锌矿和中南大学等单位共同 回采顺序，显著降低采矿作业区应力集中，调整围岩合作，针对金属矿山深部高地应力、高温的难采条件 应力分布状态，使应力集中部位向深部转移，在开挖开展了应用研究，提出了条件重构、安全保障和高效 结构的近表层形成低应力卸荷圈，在围岩深部形成采矿的深部难采矿体开采技术体系；研究开发出难 应力集中的自承载圈。重构地应力一方面使自承载采条件重构理论与技术、采矿作业安全保障理论与 圈岩体处于三向应力状态，矿岩强度得到提高，破坏技术和高效采矿工艺，在深部双高难采条件下实现 的可能性大大降低，围岩自支承能力得到充分发挥；了安全高效采矿。其中通过高应力卸荷、岩爆倾向 另一方面，由于大部分载荷和应力集中由自承载圈性岩层喷射钢纤维混凝土支护、智能化排热通风优 承担，为卸荷圈岩体的稳定提供了保障。自承载圈化等难采条件重构理论与技术的创新与集成，为双 和卸荷圈相辅相成、互为依存，显著提高开挖结构的 ５３ 总第４４４期 矿业快报 ２００６年６月稳定性，为高应力条件下采用大规格采场、实现高效 路。因而，基于热交换原理，可以利用一４０ｍ以上存率安全采矿创造条件。 在的众多巷道调热降温，并通过优化寻找到最优通２．２提高地下工程抵抗破坏的能力 风方案。 上述通过重构应力可以提高岩体的自承载能 研究表明，基于空气与岩石热交换原理的高温力。岩体支护与加固技术则能提高地下工程抵抗破 矿井排热通风优化技术，在复杂的高温矿井条件下坏的能力。但对于深部高地应力条件下有岩爆倾向 可以充分发挥上部巷道的调热机能，使空气到达井的岩层，要求支护单元必须具有良好韧性，承载过程 下作业面时温度最低，达到改善井下作业环境的目中吸收能量的性能好。 的。基于空气与岩石热交换原理的深井排热降温技 采用懈１５液压伺服刚性试验机进行钢纤 术与制冷降温技术相比可降低能耗７０％，特适合我维混凝土受压全应力应变曲线的试验研究发现，钢 国