紫金山金铜矿复杂采空区数值模拟与监测研究

第２８卷第３期　２０１４年６月　Ｖｌ０１．２８　Ｎｏ＿３　Ｊｕｎ．２０１４　紫金山金铜矿复杂采空区数值模拟与监测研究　赖红源　（紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭３６４２００）　摘　要：紫金山金铜矿经多年开采后，形成上采下空的生产工程格局，加上地下开采形成重叠式采空区分布，给露　天开采带来一定的安全威胁。通过对金铜矿的采空区进行稳定性数值分析和监测，及时掌握采空区的地压活动规　律，为采空区治理提供依据，有效保证了露采边坡稳定。　关键词：采空区；数值模拟；围岩稳定性；稳定性监测　中图分类号：ＴＵ４７５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００４—３１５２（２０１４）０３—００２７—０６　支撑采空区顶板，据不完全统计，金矿地采形成的采　１矿区地质条件　紫金山金铜矿床是一特大型上金下铜的金铜共　生矿床，位于华南褶皱系东部，东南沿海火山活动带　的西部亚带，北西向云霄一上杭深断裂带北西段与　北东向宣和复背斜南西倾伏端交汇处，紫金山复式　岩体中部。矿山金矿产于６００　ｍ标高以上氧化带　中，为特大型低品位氧化金矿，垂直高差超过５００　ｍ。上部金矿于１９９３年开始地下开采，经多次技术　改造，于１９９９年转为露天开采，目前已成为一个大　空区约５００万ｍ。。　、２００３年开始，矿山根据发展的需要，在露天开　采设计为５００余ｍ的高陡边坡下方实施的铜矿地　下开采，采用大直径深孔阶段矿房法，矿房矿柱两步　骤回采，实施了对铜矿资源的地下开采。２００５年顺　利投产，目前铜矿地采完成了５７０～５２０　ｍ中段、　５１０￣４６０　ｒｎ中段设计矿房回采的生产任务，形成采　空区３００万ｍ　左右，单个采空区暴露面积多在８００　～１２００　ｍ　。　规模露天地下联合开采的金铜矿山，矿体主要受北　西向构造控制，总体走向３１４～３２１。，倾向４４～５１。，　倾角３８～５７。。　矿区断裂构造较发育，以北东向（Ｆ３、Ｆ４）和北　西向（Ｆ５）断裂为主，其次是北北东向（ＦＩ）和东西向　铜矿的采空区特征：采空区总体情况较规整，所　存的采空区与矿柱都具有较好的规则性，加之位于　纵向剖面的下部地质区域，围岩的工程地质条件相　对于上部要好，使采空区具有较高的自身稳定性。　５７０、５２０　ｍ的采矿区域中，只有重点地压区（三沿７　（Ｆ６）断裂。ＦＩ断裂分布于矿区西部，斜切矿带，具　张性特征，对矿体有一定的破坏作用。其余断裂均　分布在矿区外围。区内节理裂隙非常发育，主要为　北西、北东向二组。其中北西向节理裂隙是矿区最　发育，与成矿关系最密切的一组构造，是金铜矿主要　的控矿和容矿构造。矿区岩石分为完整坚硬、完整　半坚硬、破裂半坚硬、软弱松散四个工程地质岩组。　线）采空区旁的矿井工程巷道顶板有少量冒落，采空　区的顶板、矿柱稳定性基本处于基本良好状态。分析　认为，目前采空区的性态情况基本良好，但３００万ｎ１３　临近露采边坡的采空区及支撑矿柱的稳定性问题，　直接影响到紫金山金铜矿联合露天开采的生产安全　和巨大的经济社会效益，关系重大。　紫金山金铜矿的这种上采下空的生产工程格　局，实属少见，加上前期金矿地下开采形成的重叠式　２采空区特征　金矿始于１９９３年的地下开采技术，采用工艺简　采空区分布，矿井的工程稳定性，受外力震动、应力　场效应、生产扰动与安全变化等多种因素影响，给露　天开采产生一定的安全威胁。为了紫金山金铜矿长　期的联合露采生产安全与持续发展，开展了数年的　采空区稳定性监测研究工作。　单、成本低廉的不规则的全面法和房柱法，共１５个　中段开采后已产生大量采空区，并留下不规则矿柱，　收稿日期：２０１３一¨一２８　作者简介：赖红源（１　９７２），男，工程师，毕业于辽宁本溪冶金高等专科学校采矿工程，研究方向为矿山工程技术和管理。　第３期　赖红源：紫金山金铜矿复杂采空区数值模拟与监测研究　的位移变化值小，结合在其周围所布置的宏观测点，　对５２０　ｍ、５７０　ｍ中段有关Ｆ１断层的监测情况以及　现场对断层性状的调查来看，也没有发现Ｆ１断层、　５２０　ｍ中段底柱有错动或下滑等不良迹象，可以认　为这些测点处的岩体是基本稳定的。　表４　多点位移计监测点各测点测点位移变化基本情况表　说明：＋值表不测点位移方向与孔Ｉ：Ｊ反向；值表不测点位移方　向与孔口同向。　（３）岩体声发射仪监听的结果　岩体声发射仪的监测结果统计分析，大事件参　数指标水平低，特征值多为０～２次／ｒａｉｎ，最大为４　次／ｍｉｎ；总事件参数特征值多处是２～４次／ｍｉｎ，最　大１Ｏ次／ｒａｉｎ；能率量值部分特征值、累计值的量值　水平相对较高。在结合监测时现场环境条件等因素　分析后可知，监测孔能率值及部分大事件的量值水　平较高是受暴雨及作业环境等外界条件影响所致。　（４）岩移水准观测数据的结果　在矿井工程稳定性监测中的岩移水准观测线，　主要布置在５２０　ｍ中段７线、３沿两条中心主干巷　道上，对其顶板的岩移变化情况进行监测。其中７　线观测点处在整个采区的中央，１７个测点在１３次　观测后的平均总沉降量为１６．６　ｍｍ，Ｈ平均总沉降　量为ｏ．ｏ１３　ｎ３ｍ，沉降量不显著。　至２Ｏ１２年２月，铜矿５２０　ｍ、４６０　ｍ中段一步　骤矿房回采已结束，中段采空区的暴露面积也己形　成。综合采空区及井下采空区监测系统监测以及现　场宏观地压调查结果表明，铜矿井下的采空区和矿　柱基本处于稳定状态，未见剧烈变化和明显的地压　显现。　５　结语　通过铜矿采空区稳定性监测的分析研究并结合　有关试验资料，对矿区地压活动有了一定的认识，利　于把握地压活动规律，优化工程措施，采取了采空区　顶部的露采安全控制技术以及铜矿采空区与矿井工　程稳定性控制技术，最大限度地减少或消除地压灾　害，确保了上部露采边坡的稳定，使矿山获得良好经　济和社会效益。　参　考　文　献　［１］陈文林，张永彬，杨天鸿，王述红，王鹏．露天转地下境界矿柱稳　定性评价ＥＪ］．地下空间，２００４，２：２６０—２６４．　［２］　王振伟．井采影响下黄土基底排土场边坡稳定性研究［Ｄ］．煤　炭科学研究总院，２００６．　Ｅ３］郑颖人，陈祖煜，王恭先等．边坡与滑坡工程治理［Ｍ３．北京：人　民交通出版社，２００７．　Ｅ４］　陈祖煜，汪小刚，杨健等．岩质边坡稳定性分析一原理方法程序　［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，２００５．　［５］郑颖人，龚晓南．岩土塑性力学基础［Ｍ］．北京：建筑工程　版　社，１９８９．　［６］　王振伟．井采影响下黄土基底排土场边坡稳定性研究［Ｄ］．煤　炭科学研究总院，２００６．　［７］岩小明，李夕兵，李地元，郭雷．露天开采地下矿室隔离层安全　厚度的确定ＥＪ］．地下空间与工程学报，２００６，４：６６６　６６９．　Ｅ８３李元辉，南世卿，赵兴东，等．露天转地下境界矿柱稳定性研究　ＥＪ］．岩石力学与１二程学报．２００５，２４（２）：２７８　２８３．　Ｅ９３杨明春．矿柱尺寸设计方法研究ＥＪ］．采矿技术，２００５，５（３）：１０　ｌ２．　［１Ｏ］邹平，李爱兵，刘正宇等．某石灰石矿隔离矿柱厚度的确定　［Ｊ］．有色金属，２０１１，６３（２）：６４—６８．　［１１］　赵兴东．谦比希矿深部开采隔离矿柱稳定性分析［Ｊ］．岩石力　学与＿Ｔ程学报，２０１０，２９（１）：２６１６　２６２２．　［１２］王在泉，李华峰．矿柱抗剪安全系数的数值计算方法及分析　［Ｊ］．采矿与安全工程学报，２Ｏ１０，２７（２）：２７７　２８０．　［１３］王文星．岩体力学ＥＭ］．长沙：中南大学出版社，２００４．　［１４］赵延林，王卫军，赵伏军等．多层采空区隔离顶板安全性强度　折减法ＥＪ３．煤炭学报．２０１０，３５（８）：Ｊ２５７　１２６２．　［１５１施建俊，露天转地下矿山境界顶柱厚度研究［Ｄ３．唐山：河北　理工大学，２００３．　［１　６］何俊锋，高广运，刘文生．矿山露天与地下联合开采实例安全　性分析ＥＪ］．地下空间与工程学报，２００９，５（４）：８０８—８１　３．　３２　土　工　基　础　２Ｏ１４　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ａ　Ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ　Ｖｏｉｄ　Ｚｏｎｅ　ｉｎ　Ｚｉｊ　ｉｎｓｈａｎ　Ｇｏｌｄ—Ｃｏｐｐｅｒ　Ｍｉｎｅ　Ｉ　ＡＩ　Ｈｏｎｇｙｕａｎ　（Ｚｉｊｉｎ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ　Ｉ　ｔｄ，Ｓｈａｎｇｈａｎｇ，Ｆｕｊｉａｎ　３６４２００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｆｔｅｒ　ｙｅａｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｍｉｎｉｎｇ　ｉｎ　Ｚｉｊ　ｉｎｓｈａｎ　Ｇｏｌｄ—Ｃｏｐｐｅｒ　Ｍｉｎｅ，ｍｉｎｉｎｇ　ｖｏｉｄｓ　ｈａｖｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｄｉｒｅｃｔｌｙ　ｕｎｄｅｒ—　ｎｅａｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｚｏｎｅ．Ｍｉｎｉｎｇ　ｖｏｉｄｓ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｈａｚａｒｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｐｉｔ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｎ　ｓｉｔｕ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｖｏｉｄｓ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏ—　ｒｉｎｇ　ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｓｅ　ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｓａｆｅｔｙ　ｇｕｉｄｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎ　ｐｉｔ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｖｏｉｄｓ；Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｒｏｃｋ　Ｍａｓｓ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　丫丫—Ｔ—丫Ｔ　丫丫ＴＴ丫　Ｔ＿丫丫Ｔ］　—丫一　（上接第１２　页）　嘲　Ⅲ　报，２００１，２３（６）．　嘲　忉　的效果，实现了工程建设要求好、快、省的目的，并积　累了丰富的实践经验。验证了超流态长螺旋钻孔灌　注桩应用于软弱土层的可行性，表明其成桩是可靠　和可行的，为类似地层条件下的工程设计与施工提　供参考依据。　参　考　文　献　［１］　中国建筑科学研究院．建筑桩基技术规范（ＪＧＪ９４—２００８）［ｓ］．　北京：中国建筑工业出版社，２００８．　王春山．长螺旋钻孔压灌桩与后插钢筋笼工艺ＥＪ］．山西建筑，　２Ｏ１２。３８（４）．　周水，郑俊杰．螺旋钻孔压灌混凝土桩在深厚淤泥质土中的应　用［Ｊ］．土工基础，２００２，（０３）．　程军．建筑桩基的新选择一长螺旋钻孔泵压混凝土灌注桩［Ｊ］．　武汉大学学报（工学版），２００３，３６（３Ａ）．　沈天华．某工程长螺旋钻孔灌注桩的施工研究［Ｊ］．山西建筑，　２０１１，３７（３５）．　许厚材．复杂地质条件下基坑支护灌注桩施工技术［Ｊ］．探矿工　程（岩土钻掘工程），２０１２，３９（¨）．　［２］　李世仁，陈德文．长螺旋钻孔嵌岩桩施工工艺［Ｊ］．岩土工程学　Ｃａｓｔ－Ｉｎ－Ｐｌａｃｅ　Ｐｉｌｅ　Ｄｅｆｅｃｔｓ　ａｎｄ　Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ａ　Ｄｅｅｐ　Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　Ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＨＵ　Ｊｉａｎｗｅｉ，ＤＥＮＧ　Ｓｈａｏｌｉｎ，ＤＥＮＧ　Ｘｕｅｄｅｎｇ　（ｗｕｈａｎ　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ—Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａ１　Ｒｅｓｅａｒｅｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｉ　ｔｄ．ｏｆ　ＭＣＣ，Ｗｕｈａｎ，４３００８０）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｅ　ｌｏｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　ａｕｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｃｒｅｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａ　ｄｅｅｐ　ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌｓ．Ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃａｓｔ—ｉｎ—ｐａｃｅ　ｐｉｌｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｏｌｄｉｅｒ　ｐｉｌｅ　ｓｐａｃｉｎｇ，ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃａｓｔ　ｉｎ　ｐｌａｃｅ　ｐｉｌｅ　ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ　ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｒｅ　ｔｈｅ　ｍａｊｏｒ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　ａ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｌｏｎｇ　ｆｌｉｇｈｔ　ａｕｇｅｒ　ｗｉｔｈ　ｓｕｐｅｒ　ｆｌｏｗ　ｃｏｎｃｒｅｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　ｌｏｎｇ　ｂｏｒｅｄ　ｐｉｌｅｓ；ｓｏｆｔ　ｓｏｉｌ；ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐｉｌｅ；ｌｏｗ　ｓｔｒａｉｎ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｔｅｓｔｉｎｇ