大冶铁矿东露天转地下开采采矿巷道变形监测与分析

摘要:为了了解大冶铁矿东露天转地下开采采矿巷道在上部回采以及巷道开挖时的变形规律,在-84m 水平布置了3个收敛计测试断面,经过半年多的观测,获得了详细的观测数据。对数据进行回归分析后,得到的主要结论:巷道总体稳定性较好,巷道的顶板变形较小。从总体上来看,巷道处于收敛的趋势,但其收敛变形处于一动态的过程。这是由于巷道处于一种动态的应力调整过程。巷道的收敛受到上部水平回采和本水平开挖等一系列因素的影响。

关键词:露天转地下开采 无底柱分段崩落法 收敛量测 采矿巷道

中图分类号:P62 文献标识码:A 文章编号:1007-3973 (2010) 01-016-02

1引言

大冶铁矿东露天狮子山矿体从-48m水平开始转地下开采。露天开采时期的大规模开挖,在露天坑周围岩体已形成较大的应力扰动,以压应力释放为主,局部产生应力集中;在此基础上进行地下开采,将形成更复杂的次生应力场,引起围岩的进一步变形和破坏。东露天转地下采用无底柱分段崩落法开采,参照无底柱分段崩落法的适用条件,结合大冶铁矿的工程地质特点分析,开采的主要难点是如何保证采准巷道的稳定。因此须对大冶铁矿东露天转地下回采期间巷道的稳定性进行定期监测。

2测试地段工程地质概况

大冶铁矿东露天转地下采用无底柱分段崩落法开采,结构参数为:分段高度为12m,进路间距为10m。开采对象为-168m以上矿量,阶段标高为-50m、-120m和-180m,其中-50m阶段主要用于回风,-120m和-180m阶段为生产阶段。阶段高度为60m~70m。

-84m水平可见围岩岩性以大理岩、闪长岩为主,局部或夹黄铜矿、黄铁矿矿体。 大理岩呈厚或巨厚块状,强度高,硬脆性,结构面不发育,节理间钙质充填或无充填,多闭合,岩体完整性好,由其所构成的巷道围岩稳定性好。闪长岩,黑灰色,变晶结构,内含黑或绢云母,强度中等,属中硬岩类,见水易软化、风化。受早期岩浆成岩作用及后期构造运动,变质程度较高,微皱及节理、裂隙发育,节理多张开,大多无充填,部分铁质胶结,岩体完整性差,并受矿体破碎带的影响,围岩自稳胜差。围岩裂隙、破碎带有渗水。

3测试断面的选择和测点的布置

为了了解巷道围岩变形的特点,了解其变形与跨塌的原因与模式,为巷道支护和预报巷道围岩的破坏行为提供可靠的依据,我们在狮子山采区-84m水平采矿巷道内布置了3个收敛断面进行岩移收,其中sl-1 34#巷道中间靠近掌子面,sl-2 31#巷道进口2m处,sl-3 30#巷道井口7.2m处。3个观测断面,共有测线9条。各监测断面的位置如图3―1所示。

本次的采矿巷道围岩周边位移量测使用的是SL型收敛计,收敛位移的现场量测方案,应该视隧洞跨度和施工情况而定,量测方向一般可按十字架、三角行和交叉行布置。本次试验采用三角形布置形式:

4巷道监测结果与回归分析

断面测点于2006年11月15号开始埋设,到2007年5月29号经过半年多的量测,已经得到了丰富的数据,这里将sl-1,sl-2,sl-3号收敛断面测试数据汇总整理于表4-1,如下所示:

现场量测数据是随时间和空间变化的,要及时用变化关系图表示出来。类似关系曲线还有多个同时或不同时测点位移随时间、空间的关系及围岩或支护体内各种应力、应变分别随实践、空间的关系等,由这些曲线还可以通过回归分析整理出相应的关系式。收敛值-时间曲线表明,收敛值的一般变化规律是:在巷道开挖和采场回采初期,曲线变化较陡,随着时间及开挖面的推移,曲线逐渐变缓,最后趋于稳定。回归分析的函数可选指数、双曲线或对数函数,本次测试根据曲线特性,选用对数函数进行回归分析方法整理。

sl-1断面20006年11月23号最大水平收敛量达0.79mm。20006年11月30号拱顶沉降量最大为-1.26mm。累计水平收敛量和拱顶下沉量分别为-0.21mm和-1.08m,都小于容许位移值所以围岩是稳定的。预测值和实测值接近,从2006年12月7号开始,曲线趋于平缓,

=-1.86345lge+1.86345.28123lge/(t+0.28123)(4-1)

=-0.28986lge-0.289860.48773 lge/(t-30.48773)

如图4-1至图4-4所示收敛曲线在在图上表现为开始时曲线在2006年11月23号到2006年12月变化较陡且有波动,随着时间及开挖面的推移,曲线逐渐变缓慢,最后趋于稳定。,这是由于受上部回采的影响,回采时会在回采进路工作地点后方产生应力升高区,而在前方由于矿石的崩落而产生应力下降区,由此上分段的回采会对下方段的巷道收敛产生影响。在2006年11月23号到2006年12月7号间,收敛速率明显加快,位移变形加大,其主要原因是-60m水平段当时正好在这些巷道的上部回采。且与断面相邻的上盘巷道的开挖也对其产生了影响,这是由于巷道的开挖对围岩的应力产生扰动,该巷道部分应力解除,而相邻巷道的压力则相应增大。

由图4-5至图4-6可知2006年11月23号,sl-2号量测断面最大拱顶沉降量约为2.33mm,水平收敛量约为0.37mm。累计水平收敛量和拱顶沉降量分别为3.19mm和-0.38mm,小于容许位移值。从2006年11月30号开始水平收敛基本不变,拱顶沉降变形缓慢,变形量较小,围岩稳定。预测值和实测值接近,

=7.180627lge-7.180627.37576lge/(t+4.37576)

同样如图4-9至图4-12所示曲线在2006年11月23号到2006年12月7号间呈现波动,同sl-1量测断面一样在此期间受到上部水平回采、本水平开挖和复杂的高边坡应力等一系列因素的影响。

5结论

通过五个多月对狮子山东露天采区-84 m 水平上盘巷道的变形监测,可得出如下结论:。

(1)本次研究采集数据的周期较长,数据的处理在excel里面进行,因有足够的数据,故回归的结果还是比较精确的。

(2)东露天狮子山矿区-84m水平巷道的顶板变形较小,总体稳定性较好,出现大规模垮塌的可能性不大。

(3)从总体上来看,巷道处于收敛的趋势,但其收敛变形处于一动态的过程。这是由于巷道处于一种动态的应力调整过程。巷道的收敛受到上部水平回采和本水平开挖等一系列因素的影响。

(4)由于采矿巷道地压随着采矿、崩落、回填等过程的影响发生变化,加上高边坡复杂的应力的影响,使采矿巷道的收敛变形处于动态过程,建议对采矿巷道的位移变形应多加强观察。

参考文献:

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