（采矿工程专业论文）后和睦山矿体采矿方法实验研究.pdf

东北大学硕士学位论文 中文摘要 中 文 摘 要 目前，姑山矿业有限责任公司正在掘进后和睦山与后观音山矿体的开拓工 程。 后和睦山 矿体则作为姑山 矿业公司接替开采的首采矿体， 本文所研究的范围 为后和睦山矿体。 从 安徽省当涂县和睦山 铁矿床后观音山后和睦山矿段地质勘探总结报告 中， 我们得知， 后和睦山 矿体下盘围岩绝大部分稳固性很差， 且矿石的稳固性也 很差。 如此破碎的矿体与下盘围岩， 难以形成足够稳定的底部结构及足够尺寸的 空场。因此， 不适宜采用后和睦山矿体原设计的分段凿岩阶段矿房法开采。 笔者 认为此种开采地质条件， 适宜选用没有底部结构、 无需形成空场、 采准工程对矿 体切割程度小、 分散出 矿方法灵活的 采矿方法。 为此， 本文建议选用无底柱诱导 冒落法。 通过室内 物理实验测定后和睦山 矿石散体流动参数， 应用放矿随机介质理论 对崩落矿岩颗粒的移动规律进行了 分析， 并推导确定了 采场结构参数。 端部放矿 实 验 测 得的 散 体 流 动 参数 为 a = 1 .5 0 1 4， j3 = 0 .7 6 2 4 , a , = 1 .3 9 8 6，两 = 0 .7 7 8 , 根 据 放 出 体 方 程 : : ， = ( a + 1)户 a in 丝 ， 及 放 出 的 纯 矿 石 量 最 大 原 则 ， 确 定 分 段 z 高度和进路间距分别为 i o m和 1 6 m 。并根据这些确定的采场结构参数及矿体的 具体特征初步提出了 后和睦山 矿体一 5 0 m - - 1 0 0 m 中 段的采矿方案。 本文最后， 在采矿方案提出的基础上， 又利用岩土工程分析软件f l a c - 3 d 对 矿体的开采顺序进行了 数值模拟。 从而来定性或准定量地评价回采顺序对矿山 岩 体力学状态及稳定性的影响，为矿山现场实际回采工作中做科学参考。 关镇词: 姑山铁矿采矿方法无底柱诱导冒落法随机介质放矿理论 散体流动参数结构参数数值模拟拉格朗日法 f l a c - 3 d回采顺序 一 n - 东北大学硕士学位论文 ab s t r a c t a t p r e s e n t , g u s h a n mo u n t m i n i n g l t d . i s e x c a v a t i n g t h e h o u g u a n y in s h a n mo u n t a i n a n d h o u h e m u s h a n mo u n t a i n o r e b o d i e s o p e n i n g 叩p r o j e c t . h o u ff e m u s h a n mo u n t a i n a s t h e f i r s t e x p l o i t a t i o n o r e b o d y i s m i n e d s u c c e s s i v e l y i n g u s h a n m o u n t a i n m i n i n g l t d . t h e r e s e a r c h r a n g e o f t h i s p a p e r i s t h e h o u h e m u s h a n m o u n t a i n o r e b o d y . f r o m k a n h u i p r o v i n c e d a n g tu c o u n t y h e m u s h a n i r o n o r e h o u g u a n y i n s h a n mo u n t a i n a n d h o u h e m u s h a n mo u n t a i n o r e b o d i e s g e o l o g y e x p l o r a t i o n f i n a l r e p o rt ) , w e k n o w t h a t h o u h e m u s h a n m o u n t a in o re b o d y h a s b a d f o o t w a l l r o c k m o s t l y , m o r e o v e r t h e o r e i s b a d . s u c h b r e a k in g o re b o d y a n d t h e f o o t w a l l r o c k s d iff i c u l t t o f o r m t h e e n o u g h s t a b l e s t r u c t u r e o f t h e b o tt o m a n d t h e e n o u g h s i z e s t o p e . 丁 h e re f o r e h o u h e m u s h a n mo u n t a i n o re d o d y d o e s n t a p p l y t o s u b l e v e l b o r i n g s t a g e r o o m m i n i n g m e t h o d w h i c h i s d e s i g n e d p r e v io u s l y . wr i t e r h o l d t h a t i t s h o u l d c h o o s e t h e n o n - b o tt o m s t r u c t u re , n e e d t t o f o r m s t o p e , d e v e l o p m e n t p r o j e c t i s l i t t l e t o o re b o d y c u t t i n g , s e p a r a t i n g t r a n s p o rt a t i o n o re a n d fl e x i b l e m i n i n g m e t h o d . i n t h e e n d , t h e p a p e r s u g g e s t s t h a t i t c h o o s e n o n - p i l l a r i n d u c t i o n c a v i n g . b y s c a l e m o d e l e x p e r ime n t i n d o o r t h e fl o w p a r a m e t e r s o f h o u h e m u s h a n mo u n t c a v e d o r e s a r e m e as u r e d. u s i n g s t o c h a s t i c m e d i u m t h e o ry o f t h e d r a w in g c a n a n a l y z e t h e m o t i o n l a w o f c a v e d o re g r a n u l e s , a n d t h u s d e r i v e t h e p a r a m e t e r o f s t o p e s t r u c t u r e . t h e fl o w p a r a m e t e r s m e a s u r e d b y e n d w a l l d r a w i n g e x p e r i m e n t l i s t a s f o l l o w s : a =1 . 5 0 1 4，( 3 =0 . 7 6 2 4 , 6 r i =1 . 3 9 8 6， 八=0 .7 7 8 . a c c o r d i n g t o t h e e q u a tio n o f d ra w in g o re b o d y : ; ， = (。 十 1)户 。 in 丝 ， a n d f o llo w in g th e la w w h ic h z i s t o g e t m a x p u r e o r e q u a n t i t y , t h e s u b l e v e l h e i g h t i s 1 0 m a n d a c c e s s s p a c e i s 1 6 v m o n t h e b a s i s o f t h i s p a r a m e t e r a n d c h a r a c t e r o f t h i s o re b o d y , t h i s p a p e r p u t s f o r w a r d t h e p r e l i m i n a ry m i n i n g m e t h o d p l a n o f - 5 0 m 一 1 0 0 m s t a g e . a t l as t , o n t h e b a s i s o f t h i s m i n i n g m e t h o d p l a n , m a k i n g u s e o f f l a c - 3 d t h i s p a p e r s i m u l a t e s n u m e r i c a l ly t h e s e q u e n c e o f t h e o re b o d y s s t o p i n g . a c c o r d in g l y , w e c a n a p p r a i s e t h e e ff e c t o f s t o p i n g s e q u e n c e t o s t o p e r o c k m as s m e c h a n i c s s t a t e - i n - 东北大学硕士学位论文 a n d s t a b l i l i s t i o n q u a l i t a t i v e l y a n d q u a s i - q u a n t ita t i v e ly , f o r o ff e r i n g s c i e n t i f i c r e f e r e n c e m i n e fi e l d w o r k i n g k e y w o r d s : g u s h a n mo u n t i r o n mi n e , c a v i n g , s t o c h a s i t i c t h e o ry o f d r a w i n g , m i n i n g m e t h o d , fl o w p a r a m e t e r , n o n - p i l l a r in d u c t i o n p a r a me t e r , n u me r i c a l l yl a g r a n g i a n m e t h o d , f l a c - 3 d , s t o p i n g s e q u e n c e - w - 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中 取得的研究成果除加以 标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 做了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名:1 d 4 签 字 日 期 : )i - if- / 2a ” 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用 学位论文的规定:即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论 文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可 以 将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名;否则视为不同 意。 ) 学位论文作者签名 签字日 期: 知v i f 导 师 签 名 : 心 护凡 奋 签 字 日 期 1a a vi i 11 14 i q 东北大学硕士学位论文第一章 概述 第一章概述 1 . ， 论文研究背景 东北大学与马钢集团姑山 矿业有限责任公司于2 0 0 3 年9 月签定了“ 和睦山 铁矿高效采矿方法实验研究”技术开发合同。本论文根据合同要求，本着早达 产与高效采矿的建矿目标，以及四低一高 ( 低损失、低贫化、低成本、低事故 隐患与高生产能力)的开采目 标， 对姑山 铁矿后和睦山 矿体首采矿段的开采方 法，进行了系统的研究。 姑山铁矿有4 个矿体，分别是前和睦山 矿体、前观音山 矿体、后和睦山矿 体与后观音山矿体。 和睦山 及观音山 矿体为露天开采， 现已 接近尾声。 为了接 替矿山开采， 后和睦山矿体与后观音山 矿体的地下开采需要做到早建成，早达 产。为此，马钢集团 姑山 矿业有限 责任公司与东北大学采矿科研组签定了 技术 开发合同。科研组首先对采矿方法进行了分析，认为后和睦山矿体的矿石及围 岩比 较破碎，可靠性差，为此提出了无底柱分段崩落法方案。为了提供理论依 据，我们采矿科研组在现场测定了散体流动参数与点载荷数据。改进了后和睦 山矿体原设计采矿方法， 采用无底柱诱导冒 落法开采方案， 目 前方案正在实施。 本文对方案的形成过程主要点进行了详细介绍，同时深入分析研究了回采顺序 对岩体冒 落过程的影响。 ， . z 本论文研究内容、研究方法 1 .2 . 1 主要研究内 容 ( 1 ) 通过矿石散体流动参数实验， 作出 矿石端部放矿的达孔量曲 线图、 回 归曲线方程， 进而确定出散体流动参数值。 ( 2 ) 通过现场实际观察和测量矿 ( 岩) 石的强度等特征， 来研究矿石的稳 固性。 ( 3 ) 根据散体的流动特性与岩体的 稳固 特性来确定采场的结构参数。 ( 4 ) 通过f l a c - 3 d对回 采顺序进行数值模拟，来定性或准定量地评价矿 床的开采对矿山 岩体力学状态及稳定性的影响;及上攫岩体及地表变形移动规 律。近而来优选出一种回采顺序为矿山实际生产作科学参考。 东北大学硕士学位论文第一章 概述 ， . 2 . 2 研究方法 结合现场实际，本文采用以下研究方法: ( i ) 散体流动参数实验方法; c 2 ) 现场观测方法; ( 3 ) 数值模拟计算方法: ( 4 )传统的理论分析方法。 1 . 3 研究的愈义及达到的目 标 作为一个接替矿山， 且由 姑山 矿业有限责任公司自 筹资金建设， 矿山 能否 早出矿、 快投产， 尽早发挥 “ 投资效益” ， 保证公司自 身的稳定发展，具有重要 的现实意义。 结合实际，本课题的目 标为:使矿山提早达到设计生产能力，并实现低损 失、 低贫化、 低成本、低事故隐患与高生产能力。 东北大学学位硕士论文 第二章 矿山地质条样 第二章 矿山地质条件 2 . 1 自然地理与交通概况 2 . 1 . 1 地形、地貌 和睦山矿区位于钟姑山矿田的西北部，处于低山丘陵与长江冲击平原接触 部位。 矿区内地形属于侵蚀残丘，由四座海拔标高在 5 3 -1 0 2 m的小山和山间 凹地组成;矿区外围的南部、 为低山和山间凹地，标高在 西部为冲积平原，地面标高8 -9 m;北边、东边 1 2 -1 0 9 m之间。 2 . 1 .2 气象 该矿区属于中亚热带湿润季风气候，雨量充沛，气候温暖。年均降雨量为 1 9 0 6 . 5 m m ， 雨季在6 . 7 , 8 月 份;年均蒸发量1 3 6 1 m m ; 年均气温在1 6 . 1 0c , 冰冻期1 5 - - 6 0 天，最大冻结深度为0 . 1 m . 2 . 1 . 3 水文 清山 河，是本区主要地表水体， 全长为4 6 k m ，流域面积7 0 0 k m 2 左右。 河 床宽2 0 0 -3 0 0 m ，水面宽l o o m左右， 最高洪水位标高龙山 桥为1 2 .3 6 m ，最低 水位标高2 . 9 5 m ， 历年最大洪峰流量为5 6 8 m 3 / s . 2 . 1 .4 交通概况 姑山矿业公司位于当涂县城南 1 3 k m，北距马鞍山市 3 1 k m，南距芜湖市 1 8 k m ，有专用铁路与宁 ( 南京) 芜 ( 芜湖)线毛耳山站相接。矿区距2 0 5 国道5 k m，有柏油公路与之相连，东侧清山 河可通航至长江，水陆交通极为便 利。 东北大学学位硕士论文第二章 矿山 地质条件 2 . 2 矿区地质 2 .2 . 1 矿区工程地质条件 和睦山 矿区属于丘陵平原地区，和睦山 铁矿床位于宁芜中生代陆相火山岩 断陷盆地南段钟故铁矿田内。 受北西、 南东方向水平挤压力作用形成的和睦山 一 长岭背斜， 在岩浆侵入作用下，发生较复杂的构造形变，为矿床的形成提供了 控矿和容矿构造。同时出现的次级褶曲 形成了 位于矿区中部的和睦山背斜和矿 区西部的观音山向 斜。 矿区内构造活动强烈，主要有前观音山与后观音山断层 ( f 2 ) 和龙山南坡断层 ( f 1 ) e 矿区内地层主要为三叠系中统 t 2 z ) 周冲村组， 三叠系上统黄马青组地层 及第四系冲积、坡积层。根据矿区内发育岩石的岩性、矿物组成成分、工程地 质将岩石分为以下岩组: 1 )灰岩岩组 分布于后和睦山 和后观音山 深部，为矿体的主要顶板围岩。岩石成分为白 云质灰岩、灰岩夹钙质页岩，灰白 色、灰色，薄层状，角砾状构造。岩石大理 岩化、 硅化，性脆。该岩组节理裂隙不甚发育， 在地表裂隙率为 0 .9 4 0/ a ，在深 部发育少量溶蚀裂隙。 2 )砂页岩岩组 矿区内分布较广，与下伏灰岩岩组呈假整合接触，局部为矿体顶板围岩。 由钙质页岩、粉砂岩、中细砂岩、粗砂岩组成，灰白色， 层状构造，砂质结构。 该岩组受岩浆侵入作用及围 岩蚀变作用， 裂隙发育， 岩石较破碎。 地表风化裂 隙发育。 3 )闪长岩岩组 分布于矿体的下盘， 为矿体的主要底板围岩。 灰白 色、 灰绿色， 细粒 中粒 斑状结构，块状构造。该岩组近矿及地表部分的岩石，裂隙发育，蚀变强烈， 岩石破碎。其余部分的岩石，裂隙不发育，坚硬完整。 4 )铁矿石岩组 主要由 矿石、夹层和夹石等组成。黑色、灰黑色，主要由磁铁矿组成，粒 状结构，矿石坚硬完整，强度高。 5 ) 第四系残坡积岩组 大面积分布于矿区地表， 厚度 1 0 . 0 0 - 3 7 .3 0 m 。 土黄色、 灰黑色，由 亚粘土、 亚砂土及亚粘土夹碎石组成。 东北大学学位硕士论文第二章 矿山 地质条件 2 .3 矿床地质 和睦山 铁矿床主要赋存于闪长岩与周冲村组岩层接触带和靠近接触带的周 冲村组灰岩内，其次在黄马青组与周冲村组岩层的假整合面及闪长岩体中也产 出有铁矿体。矿区分为前和睦山、前观音山、后和睦山、后观音山4 个矿段。 前和睦山矿段及前观音山 矿段近地表部分已基本采完。本次和睦山 铁矿采矿方 法实验研究范围为后和睦山矿段。 2 .3 . 1矿体形态、规模、 产状 后和睦山和后观音山矿段的矿体分布于 1 12 5勘探线之间，矿化带长 1 3 5 0 m， 矿体沿倾向延深最大达9 6 0 m ， 平均延深4 0 0 m。 矿体厚度2 - 1 0 8 m , 矿 体赋存标高5 6 - - 6 7 0 m 。 后和睦山区段的主矿体为1 号矿体， 后观音山区段的主 矿体是2 号与3 号 矿体，主 矿体产出 部位较稳定， 矿体连续性较好， 产状与接 触带基本一致。 在主矿体上、 下盘分布有小矿体2 7 个， 这些小矿体规模小、 连 续性差。 1 号矿体， 位于1 4 - 1 9 b 勘探线之间。 矿体赋存于闪长岩与周冲村组地层接 触带和靠近接触带的灰岩中。 矿体呈扁豆状。 矿体沿走向延长5 5 0 m， 地表出露 长度3 6 0 m,沿倾向 最大延深9 6 0 m，厚度2 - 1 0 8 .3 m ，一般在 1 0 - 3 0 m之间， 平 均厚度2 3 m，宽度1 2 - 7 4 m ，平均宽度3 6 m. 矿体产状为n e w l5 0 0。 地表 矿石以 褐铁矿及假象赤铁矿为主，深部矿石以半假象赤铁矿与磁铁矿为主。 2 . 3 .2 矿体顶、底板岩石及夹石 本区主矿体的顶板主要为周冲村组白云质灰岩、 泥质灰岩、钙质粘土岩， 少数为闪长岩或辉绿岩。灰岩多蚀变为大理岩或大理岩化灰岩，钙质粘土岩多 蚀变为绿泥石阳起石角岩，闪长岩化、高岭土化强烈，岩石普遍有较强烈的磁 铁矿化和硅化，辉绿岩仅有泥化现象。 主矿体的底板主要为闪长岩，次为大理岩化灰岩、阳起石角岩。 矿体的顶、 底板与矿体多为 渐变关系， 顶、 底板岩石t f e 含量一般为8 - 1 5 % , 当顶、底板为灰岩、泥质灰岩时，矿化较强烈， 顶、底板为闪长岩时，矿化较 弱，而顶、底板为辉绿岩时无矿化现象。 主矿体的夹石较少，主要是大理岩化灰岩、钙质粘土岩，呈小的扁豆体， t f e 含量一般为2 0 % 左右. 东北大学学位硕士论文 第二章 矿山地质条件 2 . 4 水文地质 2 .4 . 1 矿床水文地质条件 矿区内主要含水层为第四系冲积砂层、 砂砾卵 石层孔隙含水层，其次为基 岩中岩溶裂隙含水层和裂隙 含水层。相对隔水层有第四系冲积砂层上部亚粘土 与粉细砂互层、亚粘土层。基岩中周冲村组硬石膏 层和新鲜完整的闪长岩为各 地段的相对隔水层。 各含水层特征如下: ( 1 )四系松散岩层含水层及相对隔水层 a第四 系上更新统坡积、残积层相对隔水层 ( q 3 a 1 ) 主要分布在山 坡及山脚下，呈群状分布，由 棕红色、黄褐色亚粘土、碎石 组成。上部为亚粘土层， 主要成分为粘土， 含少量碎石。 在中部常见有灰白色、 灰绿色粘土呈花斑状分布，厚度 1 0 2 6 .2 m。底部为亚粘土夹碎石， _ 一般含量 1 0 - 2 0 %，厚度0 -1 0 . 1 7 m ，该层含水微弱为相对隔水层。 h第四系全新统冲积亚粘土与粉砂互层相对隔 水层 ( q 4 4 a 1 ) 该层在矿区西、南两边缘，筱盖于坡、 残积亚粘土层之上。主要以亚粘土 为主，由亚粘土和粉砂组成， 厚度0 -1 7 .0 7 m， 粉砂呈薄层状分布， 含水微弱， 透水性差，为矿区的相对隔水层。 c第四系全新统冲积砂、 砂砾卵石孔隙含水层 ( q 4 1 a i ) 该层分布在矿区外围的西、南部。 距矿区6 0 0 -8 0 0 m远才有砂、砂砾卵石 层分布， 并与基岩直接接触。 平均厚度为1 3 .7 1 m ， 最大厚度为5 7 . 1 6 m。 主要由 中粗砂、 砾、 卵石组成。 南部渗透系数为6 4 .9 4 m / d : 北部渗透系数为3 2 .4 6 m / d . 水 质 类 型 为h c 0 3 几 s 0 4 2 几 c a t + - m g z + 型。 ( 2 ) 基岩裂隙含水层、 岩溶裂隙含水层和隔水层 a三叠系中统周冲村组灰岩 ( t , z ) 岩溶裂隙含水层 该层由灰白 色、黄褐色薄层泥质灰岩、白云质灰岩，角砾状灰岩， 钙质粉 砂岩组成。 矿区内主要出露于前观音山、后观音山 南坡，后和睦山南坡也有少 量出 露。 整体厚度不均， 在后和睦山 地段较薄， 一般为3 2 . 2 1 - 4 6 .4 3 m ， 后观音 山较厚，一般为6 3 . 8 8 -8 5 . 0 9 m ， 全区平均 厚度为6 2 . 4 3 m ， 最大厚度1 5 5 . 5 3 m , 有 %的孔见到灰岩。总岩溶率为0 . 1 5 %，最大溶洞直径为 1 . 1 7 m，溶洞发育 深度在一 l o o m以上， - 1 0 0 - 1 5 0 m标高内只见有溶蚀裂隙， - 1 5 0 m以下溶蚀裂隙 更弱，岩溶发育由上而下逐渐变弱的规律很明显。从平面分布看，后和睦山 地 段灰岩较薄，岩溶发育差，在灰岩中仅有一个孔见到溶洞，1 1 个孔见到 1 7处 漏水点。后观音山灰岩较厚， 有6 个孔见到1 2 个溶洞， 主要分布在2 0 线和2 1 东北大学学位硕士论文 第二章 矿山地质条件 2 . 4 水文地质 2 .4 . 1 矿床水文地质条件 矿区内主要含水层为第四系冲积砂层、 砂砾卵 石层孔隙含水层，其次为基 岩中岩溶裂隙含水层和裂隙 含水层。相对隔水层有第四系冲积砂层上部亚粘土 与粉细砂互层、亚粘土层。基岩中周冲村组硬石膏 层和新鲜完整的闪长岩为各 地段的相对隔水层。 各含水层特征如下: ( 1 )四系松散岩层含水层及相对隔水层 a第四 系上更新统坡积、残积层相对隔水层 ( q 3 a 1 ) 主要分布在山 坡及山脚下，呈群状分布，由 棕红色、黄褐色亚粘土、碎石 组成。上部为亚粘土层， 主要成分为粘土， 含少量碎石。 在中部常见有灰白色、 灰绿色粘土呈花斑状分布，厚度 1 0 2 6 .2 m。底部为亚粘土夹碎石， _ 一般含量 1 0 - 2 0 %，厚度0 -1 0 . 1 7 m ，该层含水微弱为相对隔水层。 h第四系全新统冲积亚粘土与粉砂互层相对隔 水层 ( q 4 4 a 1 ) 该层在矿区西、南两边缘，筱盖于坡、 残积亚粘土层之上。主要以亚粘土 为主，由亚粘土和粉砂组成， 厚度0 -1 7 .0 7 m， 粉砂呈薄层状分布， 含水微弱， 透水性差，为矿区的相对隔水层。 c第四系全新统冲积砂、 砂砾卵石孔隙含水层 ( q 4 1 a i ) 该层分布在矿区外围的西、南部。 距矿区6 0 0 -8 0 0 m远才有砂、砂砾卵石 层分布， 并与基岩直接接触。 平均厚度为1 3 .7 1 m ， 最大厚度为5 7 . 1 6 m。 主要由 中粗砂、 砾、 卵石组成。 南部渗透系数为6 4 .9 4 m / d : 北部渗透系数为3 2 .4 6 m / d . 水 质 类 型 为h c 0 3 几 s 0 4 2 几 c a t + - m g z + 型。 ( 2 ) 基岩裂隙含水层、 岩溶裂隙含水层和隔水层 a三叠系中统周冲村组灰岩 ( t , z ) 岩溶裂隙含水层 该层由灰白 色、黄褐色薄层泥质灰岩、白云质灰岩，角砾状灰岩， 钙质粉 砂岩组成。 矿区内主要出露于前观音山、后观音山 南坡，后和睦山南坡也有少 量出 露。 整体厚度不均， 在后和睦山 地段较薄， 一般为3 2 . 2 1 - 4 6 .4 3 m ， 后观音 山较厚，一般为6 3 . 8 8 -8 5 . 0 9 m ， 全区平均 厚度为6 2 . 4 3 m ， 最大厚度1 5 5 . 5 3 m , 有 %的孔见到灰岩。总岩溶率为0 . 1 5 %，最大溶洞直径为 1 . 1 7 m，溶洞发育 深度在一 l o o m以上， - 1 0 0 - 1 5 0 m标高内只见有溶蚀裂隙， - 1 5 0 m以下溶蚀裂隙 更弱，岩溶发育由上而下逐渐变弱的规律很明显。从平面分布看，后和睦山 地 段灰岩较薄，岩溶发育差，在灰岩中仅有一个孔见到溶洞，1 1 个孔见到 1 7处 漏水点。后观音山灰岩较厚， 有6 个孔见到1 2 个溶洞， 主要分布在2 0 线和2 1 东北大学学位硕士论文第二章 矿山地质条件 线间。 有1 9 个孔见到2 2 处漏水点，富水性相对东部的后和睦山强。单位涌水 量0 . 0 0 9 7 j 0 . 2 2 7 l / s m, 渗透系数0 .0 1 0 2- 0 . 7 3 8 m / d 。 水位标高l o m左右， 水 质 类型为hco3 = s o 4 2 - - c a l + - m g 2 * 型。 属 于不 均 匀的 中 等富 水 裂隙 含 水层。 b三叠系上统黄马青组砂页岩 t 3 h l ) 裂隙含水层 该层呈灰白色、青灰色、紫红色、黄褐色，由钙质页岩、粉砂岩、中细砂 岩、 粗砂岩组成。 主要分布在矿区北部矿体上盘， 岩石破碎， 有效裂隙率0 .9 8 % 左右， 风化带发育深度 1 3 . 5 8 -6 3 .7 1 m ，平均为 3 8 .4 5 m。 在深部含水不均匀， 漏水段多分布在一 1 5 0 m以上， 单位涌水量0 . 1 4 5- 0 .9 7 1 l / s -m, 渗透系数0 .0 8 6 - 1 . 1 3 m / d 。 水 位 标 高l o m左 右 ， 水 质 类 型 为h c 场 几 s 0 4 2 - - c a t + - m g 2 + 型。 属 于 不 均匀的中等富水裂隙含水层。 c风化和近矿、含矿闪长岩裂隙含水层 矿区南部出露的或接近地表的闪长( 纷) 岩分化裂隙发育， 裂隙率为。 . 5 6 %, 岩石松软， 裂隙发育深度平均一 3 0 m左右，单位涌水量0 .2 0 6 l / s m ，渗透系数 0 . 1 4 8 m / d 。北部近矿含矿闪长岩接触带附近， 裂隙发育， 蚀变强烈， 岩石破碎， 平均厚度为 4 7 m。由南向北沿接触带延伸至一 3 5 0 m 左右，单位涌水量 0 .4 8 9 u s 。 ， 渗透系 数0 .3 2 2 m / d 。 水 位 标高 t o m左右， 水质 类型为h c 0 3 - s 时- - c a 2 * - m g 2 十 型。 属 于富 水 性中 等的 裂隙 含水层。 d铁矿层裂隙含水层 矿体产于灰岩和闪长岩中或接触带上， 其富水性与灰岩、闪长岩相同， 故 铁矿体也属于富水性中等的裂隙含水层。 ( 3 )断裂构造含水性 本区断裂构造主要为成矿前的断裂，如前观音山一后和睦山断裂， 分布在 岩体与黄马青组砂页岩和灰岩的接触带上，东段后和睦山断裂带有矿体发育， 西段在前观音山切割黄马青组砂页岩和周冲村组灰岩，产状与矿体基本一致， 破碎带宽2 0 - - 4 0 m不等.单位涌水量0 .2 2 7 - 0 .4 8 9 us m，富水性中等。 4 )闪长岩相对隔水层 矿体下盘的闪长岩，岩石新鲜， 裂隙不发育，含水微弱，此层为矿区相对 隔水层。 2 .4 .2 地下水的 补给、 径流和排泄条件 矿区范围内 地下水主要接受大气降水的补给。雨季各层地下水均有回升， 降水渗入到地下水流系统后， 形成地下径流， 在地貌深切地段以泉的形式排泄。 - 7 - 东北大学学位硕士论文第二章 矿山地质条件 线间。 有1 9 个孔见到2 2 处漏水点，富水性相对东部的后和睦山强。单位涌水 量0 . 0 0 9 7 j 0 . 2 2 7 l / s m, 渗透系数0 .0 1 0 2- 0 . 7 3 8 m / d 。 水位标高l o m左右， 水 质 类型为hco3 = s o 4 2 - - c a l + - m g 2 * 型。 属 于不 均 匀的 中 等富 水 裂隙 含 水层。 b三叠系上统黄马青组砂页岩 t 3 h l ) 裂隙含水层 该层呈灰白色、青灰色、紫红色、黄褐色，由钙质页岩、粉砂岩、中细砂 岩、 粗砂岩组成。 主要分布在矿区北部矿体上盘， 岩石破碎， 有效裂隙率0 .9 8 % 左右， 风化带发育深度 1 3 . 5 8 -6 3 .7 1 m ，平均为 3 8 .4 5 m。 在深部含水不均匀， 漏水段多分布在一 1 5 0 m以上， 单位涌水量0 . 1 4 5- 0 .9 7 1 l / s -m, 渗透系数0 .0 8 6 - 1 . 1 3 m / d 。 水 位 标 高l o m左 右 ， 水 质 类 型 为h c 场 几 s 0 4 2 - - c a t + - m g 2 + 型。 属 于 不 均匀的中等富水裂隙含水层。 c风化和近矿、含矿闪长岩裂隙含水层 矿区南部出露的或接近地表的闪长( 纷) 岩分化裂隙发育， 裂隙率为。 . 5 6 %, 岩石松软， 裂隙发育深度平均一 3 0 m左右，单位涌水量0 .2 0 6 l / s m ，渗透系数 0 . 1 4 8 m / d 。北部近矿含矿闪长岩接触带附近， 裂隙发育， 蚀变强烈， 岩石破碎， 平均厚度为 4 7 m。由南向北沿接触带延伸至一 3 5 0 m 左右，单位涌水量 0 .4 8 9 u s 。 ， 渗透系 数0 .3 2 2 m / d 。 水 位 标高 t o m左右， 水质 类型为h c 0 3 - s 时- - c a 2 * - m g 2 十 型。 属 于富 水 性中 等的 裂隙 含水层。 d铁矿层裂隙含水层 矿体产于灰岩和闪长岩中或接触带上， 其富水性与灰岩、闪长岩相同， 故 铁矿体也属于富水性中等的裂隙含水层。 ( 3 )断裂构造含水性 本区断裂构造主要为成矿前的断裂，如前观音山一后和睦山断裂， 分布在 岩体与黄马青组砂页岩和灰岩的接触带上，东段后和睦山断裂带有矿体发育， 西段在前观音山切割黄马青组砂页岩和周冲村组灰岩，产状与矿体基本一致， 破碎带宽2 0 - - 4 0 m不等.单位涌水量0 .2 2 7 - 0 .4 8 9 us m，富水性中等。 4 )闪长岩相对隔水层 矿体下盘的闪长岩，岩石新鲜， 裂隙不发育，含水微弱，此层为矿区相对 隔水层。 2 .4 .2 地下水的 补给、 径流和排泄条件 矿区范围内 地下水主要接受大气降水的补给。雨季各层地下水均有回升， 降水渗入到地下水流系统后， 形成地下径流， 在地貌深切地段以泉的形式排泄。 - 7 - 东北大学学位硕士论文第二章 矿山 地质条件 2 . 5 矿床开采技术条件 2 .5 . 1 矿体及顶底板围岩的稳固性 ( 1 )矿体的稳固性 后和睦山 矿体赋存于闪长岩与灰岩接触带和近接触带的灰岩中，地表为赤 铁矿，深部以半假象赤铁矿为主，少量磁铁矿。矿石以疏松块状、粉状为主， 属松软、不稳定级:少量块状，坚硬。 后观音山 矿体主要赋存于闪长岩与灰岩接触带和近接触带的灰岩中， 矿石 以磁铁矿为主，上部灰岩中的矿体部分是假象赤铁矿，少量赤铁矿，矿石以坚 硬为主，其次为半坚硬，少量疏松。 ( 2 ) 矿体顶底板围岩的稳固性 后和睦山 矿体顶板主要岩性为灰岩、泥灰岩、砂岩、页岩，一般为坚硬、 完整。矿体底板主要岩性为灰岩、大理岩、闪长岩，底板有一层半坚硬为主、 少量软弱的岩层，该层下即为新鲜坚硬的闪长岩，坚硬、稳定。 2 . 5 . 2 矿岩 物理力学 性质 体重硬度系 (t/m3 ) 数 湿度抗 压强 度 ( mp a ) 858553 磁铁矿 混合矿石 赤铁矿 闪长岩 沉积岩 灰岩 3 . 5 3 . 3 7 3 . 1 6 2 . 6 2 2 . 7 1 2 . 6 6 1 2 1 4 2 碎 6 - - 1 2 1 . 4 2 1 . 4 2 1 .4 2 1 . 5 1 . 5 1 . 5 1 . 9 5 % 1 . 9 5 % 1 . 9 5 % 1 . 7 1 % 1 . 7 1 1 . 7 1 % 7 4 . 8 7 7 . 62 . 2 东北大学硕士学位论文 第三章 分段崩落法及其基础理论研究现状 第三章 分段崩落法及其基础理论研究现状 3 . ， 国内外无底柱分段崩落采矿法应用状况 3 . 1 . 1 国 外无底柱分段崩落采矿法应用情况 无底柱分段崩落采矿法的典型方案最早在瑞典 k i r u m a铁矿山 使用 。早 在1 9 5 4 年，瑞典使用这种方法的矿山 就占2 0 %，以 后逐年增加，到了6 0 年代 初期，使用这种方法的矿山已 增长到6 0 % ，现在瑞典每年大约有三分之二的铁 矿石是这种方法采出的。瑞典使用无底柱分段崩落采矿法的特点是:采用大型 自 行设备， 高度机械化;主要用于开采矿石品 位分布不均， 或有夹石， 需要分 采分运的急倾斜厚矿体。 前苏联某些矿山所使用的无底柱分段崩落采矿法， 属于这种采矿方法的变 型方案。 这种方案把高度较大的分段分成上下两部分( 用一中间分段分开) ， 上 部高2 0 - 3 0 m ， 用来进行深孔凿岩和太量崩矿( 其步距5 - 9 m ) 。 下部高为5 - 6 m , 用较小的步距崩矿后，在分段巷道中进行放矿。这种方法的特点是:采矿方法 结构参数较大;崩矿不受放矿限制:上部深孔崩矿造成较多的待放矿量，改善 了 其底部分段中的放矿条件。据前苏联统计， 这种方案的切割工程量较瑞典方 案减少了3 3 . 35 0 % 。 这种方法用于开 采矿石品 位分布均匀、 或无需将夹石留下 不采或无需分采分运的急倾斜厚和中厚矿体。 国外其他国家使用无底柱分段崩落采矿法多见于一些铜矿和多金属矿，而 且基本上都是瑞典式的。 赞比 亚穆富利拉 ( m u f u l ir a ) 铜矿，1 9 7 1 年该矿的 产量将近 1 0 0 0 万t 。该 矿的无底柱分段崩落采矿法除了 用于厚矿体外，还用于急倾斜薄矿体的开采。 在薄矿体中由于矿体较薄，回采平巷只能沿走向 布置一条，为了克服崩矿的夹 制作用，及保证与上部分段贯通，在厚度小于 6 m时，采用向上下盘扩帮或回 采平巷一开始就扩大到 6 - 7 m宽。在该矿软岩层的薄矿体中使用无底柱分段崩 落采矿法的费用， 相当于在稳定围岩层内空场法的费用。 加拿大克莱蒙 ( c r a ig m o n t ) 铜 矿， 以 前用露天开 采， 1 9 6 5 年开 始用无底柱 分段崩落采矿法，其特点:矿体很破碎，回采巷道需要支护。 加拿大另一家铜 矿格兰杜克( g r a u d u c ) 铜矿的无底柱分段崩落采矿法是在访问 瑞典后决定应用 的。 扎伊尔喀漠托 ( k a m o t o ) 铜矿，该矿大部分矿区采用瑞典式的无底柱分段 东北大学硕士学位论文 第三章 分段崩落法及其基础理论研究现状 第三章 分段崩落法及其基础理论研究现状 3 . ， 国内外无底柱分段崩落采矿法应用状况 3 . 1 . 1 国 外无底柱分段崩落采矿法应用情况 无底柱分段崩落采矿法的典型方案最早在瑞典 k i r u m a铁矿山 使用 。早 在1 9 5 4 年，瑞典使用这种方法的矿山 就占2 0 %，以 后逐年增加，到了6 0 年代 初期，使用这种方法的矿山已 增长到6 0 % ，现在瑞典每年大约有三分之二的铁 矿石是这种方法采出的。瑞典使用无底柱分段崩落采矿法的特点是:采用大型 自 行设备， 高度机械化;主要用于开采矿石品 位分布不均， 或有夹石， 需要分 采分运的急倾斜厚矿体。 前苏联某些矿山所使用的无底柱分段崩落采矿法， 属于这种采矿方法的变 型方案。 这种方案把高度较大的分段分成上下两部分( 用一中间分段分开) ， 上 部高2 0 - 3 0 m ， 用来进行深孔凿岩和太量崩矿( 其步距5 - 9 m ) 。 下部高为5 - 6 m , 用较小的步距崩矿后，在分段巷道中进行放矿。这种方法的特点是:采矿方法 结构参数较大;崩矿不受放矿限制:上部深孔崩矿造成较多的待放矿量，改善 了 其底部分段中的放矿条件。据前苏联统计， 这种方案的切割工程量较瑞典方 案减少了3 3 . 35 0 % 。 这种方法用于开 采矿石品 位分布均匀、 或无需将夹石留下 不采或无需分采分运的急倾斜厚和中厚矿体。 国外其他国家使用无底柱分段崩落采矿法多见于一些铜矿和多金属矿，而 且基本上都是瑞典式的。 赞比 亚穆富利拉 ( m u f u l ir a ) 铜矿，1 9 7 1 年该矿的 产量将近 1 0 0 0 万t 。该 矿的无底柱分段崩落采矿法除了 用于厚矿体外，还用于急倾斜薄矿体的开采。 在薄矿体中由于矿体较薄，回采平巷只能沿走向 布置一条，为了克服崩矿的夹 制作用，及保证与上部分段贯通，在厚度小于 6 m时，采用向上下盘扩帮或回 采平巷一开始就扩大到 6 - 7 m宽。在该矿软岩层的薄矿体中使用无底柱分段崩 落采矿法的费用， 相当于在稳定围岩层内空场法的费用。 加拿大克莱蒙 ( c r a ig m o n t ) 铜 矿， 以 前用露天开 采， 1 9 6 5 年开 始用无底柱 分段崩落采矿法，其特点:矿体很破碎，回采巷道需要支护。 加拿大另一家铜 矿格兰杜克( g r a u d u c ) 铜矿的无底柱分段崩落采矿法是在访问 瑞典后决定应用 的。 扎伊尔喀漠托 ( k a m o t o ) 铜矿，该矿大部分矿区采用瑞典式的无底柱分段 东北大 学硕士学位论文 第三章 分段崩落法及其基础理论研究现状 崩落采矿法。 澳大利亚芒特一艾萨 ( mo u n t - i s a )铜矿的无底柱分段崩落采矿法，是从矿 体边界向中央后退回采，岩层很复杂，回采巷道用砂浆杆柱加金属网支护。 国外使用无底柱分段崩落采矿法的矿山，多数是先露天开采，后转入地下 开采，这些矿山 在转入地下开采后，大部分是先用其他采矿方法， 如留矿法、 阶段崩落法、分段法、充填法等，后改用无底柱分段崩落采矿法。少数开始就 是地下开采的矿山，也是先用其他采矿方法，后改为无底柱分段崩落采矿法。 国外矿山选择这种采矿方法的主要原因: 1 )可以对不同品位和带有夹石的矿体进行选别回采: 2 ) 易于适应矿体的变化，灵活性大; 3 ) 投产快，生产集中: 4 ) 可以实现高度机械化， 提高采矿强度和效率; 5 )没有矿柱回采; 6 ) 无需大的回采工作面，安全，工人和设备在掩护区段工作; 7 )采准即采矿，掘进回收的矿量大: 8 )围岩不稳固。 目 前， 世界上随着凿岩设备的改进、 凿岩质量的改善和管理水平的提高 等， 在无底柱分段崩落采矿法采场结构参数方面，向着大的参数改变，如增加分段 高度、加大进路的断面等。 3 . 1 . 2 国内 无底柱分段崩落采矿法应用情况12 1 在国内，向山硫铁矿是应用无底柱分段崩落采矿法较早的矿山之一。它在 5 0 年代曾 用过分层崩落法和低分段崩落采矿法， 分段高 度仅为4 . 5 m , 浅眼落矿， 人工出 矿。 6 0年代初进行了改进，分段高度增至 7 m ，用上向凿岩机打眼，电 耙或人工出矿， 1 9 6 4 年后又改用华- 1 型电动装岩机配向 一 1 型自 行矿车出矿，