無底柱分段崩落法開采石膏礦床力學(xué)原理研究.pdf

1、石膏是一種重要的綠色環(huán)保非金屬礦產(chǎn)資源，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活中具有廣泛的用途。 目前，我國(guó)石膏礦山以地下開采為主，普遍采用房柱采礦法開采，特點(diǎn)是回采率低下且產(chǎn)生大面積的采空區(qū)。 由于石膏屬廉價(jià)礦物，用充填法處理房柱法采空區(qū)遇到巨大的成本壓力；用隔離法處理房柱法采空區(qū)，難以阻止大范圍采空區(qū)地壓活動(dòng)對(duì)生產(chǎn)區(qū)人員與設(shè)備的威脅。因此，在石膏厚礦體中試驗(yàn)不產(chǎn)生采空區(qū)的無底柱分段崩落法，具有重大的理論意義與實(shí)用價(jià)值。 無底

2、柱分段崩落法在金屬礦開采中有著廣泛的運(yùn)用，適用于礦體與下盤圍巖基本穩(wěn)定的急傾斜或極厚礦體開采，在石膏礦產(chǎn)開采中尚無先例。針對(duì)石膏礦體下盤為不穩(wěn)定的泥巖、粉砂巖的條件，本論文作者的導(dǎo)師張世雄教授改進(jìn)，提出直接裝運(yùn)礦石的無底柱分段崩落法方案，運(yùn)用于隆堯邢周石膏礦業(yè)有限責(zé)任公司緩傾斜極厚石膏礦體的開采，探索石膏采礦方法的新路，得到財(cái)政部礦產(chǎn)資源保護(hù)項(xiàng)目的資助，開展了卓有成效的研究與試驗(yàn)工作。 為了確保改進(jìn)的無底柱分段崩落法安全、高效回

3、采石膏礦體，必需進(jìn)行大量的理論研究、室內(nèi)模擬計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)工作。 本論文是該科技攻關(guān)項(xiàng)目的組成部分，以邢周石膏礦無底柱分段崩落法試驗(yàn)為研究對(duì)象。邢周石膏礦位于河北隆堯雙碑石膏礦區(qū)。試驗(yàn)區(qū)選定在7號(hào)礦體，該礦體平均厚度58.72m，傾角20°～30°。無底柱分段崩落法工業(yè)試驗(yàn)在兩個(gè)分段進(jìn)行，分段高度為13m，每個(gè)分段分別布置8條回采進(jìn)路。 本論文的研究工作包括對(duì)邢周石膏礦床進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裂隙節(jié)理調(diào)查、巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試和巖

4、體聲波特性測(cè)試等現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與室內(nèi)試驗(yàn)工作，以及無底柱分段崩落法的數(shù)值模擬計(jì)算分析。 現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙調(diào)查表明，邢周石膏礦試驗(yàn)區(qū)巖體的節(jié)理中等發(fā)育，且富含泥質(zhì)夾層，遇水易塑化，以緩傾斜節(jié)理為主，礦層內(nèi)多數(shù)巷道圍巖的穩(wěn)定性較好。 巖石三軸壓縮試驗(yàn)表明，石膏屬于中軟巖，在三向力作用下，試件破壞位置往往發(fā)生在有節(jié)理裂隙的地方，屬于剪切破壞。石膏表現(xiàn)出很強(qiáng)的彈—塑性質(zhì)。 試驗(yàn)區(qū)-288m水平和-301m水平的巷道圍巖聲波測(cè)試表明

5、，開挖爆破的巷道圍巖松動(dòng)范圍在1m以下，石膏層的完整性較好，凝聚力較大，有較好的抵抗爆破破壞的能力，回采進(jìn)路內(nèi)基本不需要支護(hù)，具有較好的無底柱分段崩落法試驗(yàn)條件。 對(duì)直接裝運(yùn)礦石的無底柱分段崩落法開采的有限元數(shù)值模擬表明：開采對(duì)垂直方向的應(yīng)力影響稍大，由原巖應(yīng)力2.14MPa上升到3.2MPa；水平方向上的應(yīng)力和剪應(yīng)力一般變化較小。整體來講，進(jìn)路回采引起的進(jìn)路圍巖的應(yīng)力變化不大，通常不會(huì)造成進(jìn)路圍巖的大范圍破壞。第一分段回采進(jìn)路