東溝鉬礦地表移動界線的確定

馮艷平

(金堆城鉬業汝陽有限責任公司, 河南洛陽市 471200)

東溝鉬礦地表移動界線的確定

馮艷平

(金堆城鉬業汝陽有限責任公司, 河南洛陽市 471200)

東溝鉬礦北礦區地下采礦引起原巖應力場破壞,地表出現變形和位移,采用工程類比法對北礦區進行研究,確定了巖層移動角,并計算出地表移動界線,研究確定了開采界線,通過限制后期采礦活動,確保了地面選礦廠和居民房等重要建筑的安全。

巖層移動;采空區;移動角;開采界線

地下開采過程中,礦石采出后原巖應力場遭到破壞,在采空區不及時處理的情況下,圍巖將發生變形和位移[1-12],隨著采空區不斷擴大、巖移范圍也將相應擴大,頂板有可能產生開裂、冒頂,甚至是大面積移動等工程地質災害[6-11]。當巖移范圍擴大到地表時,地表將產生變形和移動,形成下沉盆地或塌陷坑[13-16]。地表與巖體移動的形式和劇烈程度取決于巖體的力學性質、礦體埋藏條件和所用的采礦方法等[1-3]。巖體內的軟弱結構面如大的斷裂構造對區域性的巖體穩定性起著控制作用。因此,為使礦山的地表工業場地、堅井等設施布置在不受開采影響的安全地帶,必須對開采后地表及巖體移動范圍進行圈定。

1 北礦區工程概況

東溝鉬礦是金堆城鉬業股份有限公司旗下的河南鉬礦區,位于河南省汝陽縣楊坪～王坪多金屬礦田內。前期民采工程主要形成546,570,596和610 m4個開采中段,采場主要集中在礦體的南部和東南部且分布不規律,開拓工程和運輸系統比較混亂。后期公司對收購礦山整合后,重新進行了開拓運輸系統設計施工,形成了560,590和620m3個開采中段,采用淺孔留礦法采礦。5000t/d選廠毗鄰礦體北部,海拔670～710m,考慮到選礦廠的重要性,特委托長沙礦山研究院對北礦區地下采空區地表移動界線和采礦界線進行了研究確定。

2 地表移動界線研究方法的確定

本次研究通過對一些礦山有關移動角的資料以及移動角的確定方法進行分析,采用類比法作為本次北礦區地表移動界線圈定研究的方法。

通過對北區井下巖體條件的研究,安山巖、英安巖、鉬礦體等巖體的穩定性較好,巖體物理力學性質比較相近,普氏硬度系數f＝8～10。經與國內外其它礦山巖性類比(見表1、表2),一般空區巖體移動角取65°;紡錘形(橢圓形)空區長軸邊緣移動角取75°;地表以下10m為第四系表土層,移動角取45°;第四系以下10m為風化層,移動角取55°。移動角確定以后,垂直于5000t/d選廠建筑物軸線方向每隔20m做一個剖面,共計20個剖面,同時保證各分層的空區都在剖面的控制范圍之內。

表1 表土移動角

表2 國內礦山移動角取值

3 地表移動界線的確定

為不影響選廠建筑物的穩定性,必須對采礦范圍進行限制。采礦活動限制界線的劃定以5000t選廠建筑物邊緣基線為基礎,根據采礦各巖層的移動角,在各個剖面上反推各分層的采礦限制界線。各巖層移動角與前述空區移動角取值大小一致。以546中段采空區為例,地表移動界線圈定方法如下:

本層空區共17個,距地表約145m左右,其中,采1～采14號空區基本均勻對稱分布于運輸巷兩側,呈近似紡錘形或近似矩形,空區彼此相距較近,采15、采16、采17號空區位于1～14號空區北部,空區較為細長,空區彼此相距較遠。各采空區頂底板均為安山巖鉬礦體,巖石強度高,巖體穩固性較好,各采空區也未見大規模冒落,穩定性較好。

(1)將各采空區外圍邊界連線,且將所有采空區圈起來,形成一個封閉的曲線,封閉曲線內可視作采空區范圍,對于彼此相距較遠的可視作獨立空區;

(2)沿5000t選廠建筑物軸線的垂線方向每隔20m做一個空區的剖面線,并同時沿該組線的垂直方向每隔20m做另一組剖面線,兩組剖面線要覆蓋所有的空區;

(3)在空區周圍沿各個剖面做移動角連線并與地表地形曲線相交,連接各剖面移動角線與地表地形曲線的交點,即為空區的地表移動線(見圖1)。

圖1 地表巖移界線確定方法

按上述方法作出546中段地表移動界線和采礦界線(見圖2)。

圖2 546中段地表巖移界線和采礦界線

4 結 論

根據上述方法和條件,546分層空區地表移動線如圖2所示,由圖2可見,5000t選廠所有建筑物均處于地表移動線之外,本分層空區對5000t選廠建筑物不構成影響,但必須停止546m分層X1＝7048.6,Y1＝9308.8;X2＝7583.7,Y2＝9551.4以西范圍的采礦活動,以確保后期地表建筑的穩定。

[1]鐘 瑞,張紅軍,張 晶.基于ANSYS的采空區穩定性數值模擬研究[J].化工礦物與加工,2017(05):52-56.

[2]閻曉榮,柯 波,羅黎明,等.某采空區穩定性評價指標體系構建及定量分析[J].現代礦業,2016(08):194-196.

[3]張志華,張義平,沈仲輝,等.某礦充填采空區圍巖穩定性數值模擬研究[J].礦業研究與開發,2017,37(03):51-55.

[4]周蘭蘭,劉艷中,陳 勇,等.采空區地壓活動的時空分布研究與應用[J].化工礦物與加工,2017(03):38-42.

[5]高學通.金屬礦山條帶狀老舊采空區尾砂充填治理技術[J].采礦技術,2017,17(02):58-60,87.

[6]仵鋒鋒.大型采空區高天窗開通技術研究[J].礦業研究與開發,2016,36(10):76-79.

[7]徐 剛,胡靜云,李庶林.特大采空區側上方采礦地壓安全綜合研究[J].礦業研究與開發,2016,36(10):109-115.

[8]董川龍,程虹銘.基于采空區圍巖大冒落動力沖擊災害研究[J].礦業研究與開發,2016,36(09):38-40.

[9]劉 濤.基于AHP－Fuzzy法的采空區危險性評價[J].有色金屬(礦山部分),2016(05):49-52.

[10]姜立春,羅恩民,賈曉川.縱向采空區群失穩動態演化過程研究[J].礦業研究與開發,2017,37(04):62-65.

[11]王培武,楊 順,王賢偉.特大采空區及高大礦柱穩定性監測研究[J].采礦技術,2016,16(03):37-39.

[12]劉海林,張成舟,王 星.低價值礦體復雜采空區群治理技術研究[J].金屬礦山,2016(08):134-137.

[13]李 想,呂玲芝,謝曉斌.FLAC3D在圈定地表移動帶中的應用[J].有色金屬科學與工程,2011,02(4):76-80.

[14]張 飛,王 濱,田 睿,等.書記溝鐵礦地下開采巖層移動界線的圈定[J].金屬礦山,2011,40(3):38-41.

[15]袁 義.地下金屬礦山巖層移動角與移動范圍的確定方法研究[D].長沙:中南大學,2008.

[16]黃慶享,夏小剛.采動巖層與地表移動的“四帶”劃分研究[J].采礦與安全工程學報,2016,33(3):393-397.

[17]溫繼滿.厚沖積層下開采地表巖層移動規律實測分析[J].煤炭科學技術,2010,38(6):104-107.

[18]郭金峰,金 淮.南京鉛鋅銀礦地表巖層移動規律[J].金屬礦山,1997,26(10):6-8.

[19]孔素麗,龐慶剛.厚沖積層大采深條件下的地表巖層移動規律探討[J].金屬礦山,2015,44(4):201-204.

[20]王力強.確定礦區地表巖層移動參數的方法[J].中國新技術新產品,2010(5):163-164.

2016-03-19)