覆盖层形成方式研究.

1、攀钢矿业兰尖铁矿尖山采场露天转地下攀钢矿业兰尖铁矿尖山采场露天转地下采场结构参数模拟、采场结构参数模拟、覆盖岩层形成技术及边坡破坏危害研究覆盖岩层形成技术及边坡破坏危害研究 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd一、项目概况项目概况 项目研究意义 攀钢矿业兰尖铁矿尖山采场采场自攀钢矿业兰尖铁矿尖山采场采场自19701970年年投产以来一直采用露天方式开采，按照矿投产以来一直采用露天方式开采，按照矿山开采规划，露天开采阶段约两年后将结山开采规划，露天开采阶段约两年后将结束束( (在在+1300m

2、+1300m以下将采用地下方式开采以下将采用地下方式开采) )即即进入井下开采阶段井下设计规划拟采用崩进入井下开采阶段井下设计规划拟采用崩落法进行开采落法进行开采, ,现为了给地下开采初步设计现为了给地下开采初步设计采场结构参数等提供基础依据采场结构参数等提供基础依据. . Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-3+1300m+1300m以下矿体以下矿体 尖山采场露天转地下采场结构参数模拟 一、项目概况项目概况 研究内容 覆盖岩层形成技术 尖山采场地下开采后边坡破坏模式及危害性

3、挂帮矿体挂帮矿体 过渡期安全保障措施过渡期安全保障措施 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd二、尖山采场矿体特征及开采现状尖山采场矿体特征及开采现状 尖山采场铁矿体赋存于辉长岩体中，矿体近东西向尖山采场铁矿体赋存于辉长岩体中，矿体近东西向延伸长约延伸长约800m800m，矿体厚度，矿体厚度250m250m。 尖山采场属高山型露天矿，露天开采采用横向采剥尖山采场属高山型露天矿，露天开采采用横向采剥与汽车与汽车平峒溜井平峒溜井铁路运输联合开拓的生产工艺。铁路运输联合开拓的生产工艺。设有矿石和废石

4、溜井各一条。设有矿石和废石溜井各一条。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-5二、尖山采场矿体特征及开采现状尖山采场矿体特征及开采现状 尖山露天设计采场上口尺寸为尖山露天设计采场上口尺寸为850m850m650m650m，露天底标，露天底标高为高为1300m1300m，到露天开采终了状态时将形成最高边坡，到露天开采终了状态时将形成最高边坡达达300m300m的露天坑，坑底面积近椭圆形的露天坑，坑底面积近椭圆形, ,长长200m,200m,宽宽80m80m。目前采场已下降至目前采场

5、已下降至+1330m+1330m水平水平. .露天开采封闭圈西出露天开采封闭圈西出口高程口高程1435m,1435m,东出口高东出口高1345m1345m，现仍处于山坡露天开采阶段现仍处于山坡露天开采阶段. .北帮最终帮坡角北帮最终帮坡角46465050，台阶坡面角，台阶坡面角6565, ,南帮最终帮坡角为南帮最终帮坡角为37374444, ,台阶坡面角台阶坡面角6565。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-6三、尖山采场挂帮矿体及深部矿体赋存特点尖山采场挂帮矿体及深部矿体赋存

6、特点 尖山采场挂帮矿体主要赋存标高为尖山采场挂帮矿体主要赋存标高为+1300m+1300m+1480m+1480m， +1360m+1360m标高以上主要分布于标高以上主要分布于2626线以西，即露天采场西翼，线以西，即露天采场西翼，挂帮矿体挂帮矿体Fe1+2+3Fe1+2+3矿石量约矿石量约811.67811.67万万t t； +1300m +1300m+1360m+1360m标高之间矿体主要赋存在露天采场标高之间矿体主要赋存在露天采场的西翼和北部的西翼和北部,+1300m,+1300m以下深部矿体赋存标高以下深部矿体赋存标高+1300m+1300m+800m+800m。Fe1+2+3Fe1

7、+2+3矿石资源量矿石资源量5838.295838.29万万t t。尖山采场矿体赋存形态典型平、剖面尖山采场矿体赋存形态典型平、剖面图Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-7四、矿区工程地质调研矿区工程地质调研1 1、节理裂隙调研：、节理裂隙调研：节理平均间距节理平均间距0.26m/0.26m/条条, ,岩体体积裂隙数平均值为岩体体积裂隙数平均值为4.54.5条条/m3,/m3,节理线密度平均为节理线密度平均为4.84.8条条/m./m.综合现场调综合现场调查情况查情况, ,节理

8、裂隙中大部分没有充填物节理裂隙中大部分没有充填物, ,节理多闭合节理多闭合, ,岩壁干燥岩壁干燥, ,各区段节理比较凌乱各区段节理比较凌乱, ,岩体极为破碎。岩体极为破碎。 2 2、矿区、矿区RQDRQD值为值为181873%,73%,可见岩体的完整性较差。可见岩体的完整性较差。 3 3、岩体力学参数引用之前试验成果。、岩体力学参数引用之前试验成果。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-8五、采场围岩稳定性分析五、采场围岩稳定性分析边边坡坡稳稳定定性性当进行挂帮及深部矿体开采时当

9、进行挂帮及深部矿体开采时, ,露天帮破主应力状态发生变化，露天帮破主应力状态发生变化，可能的表现状态详见第三部分可能的表现状态详见第三部分Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-9五、采场围岩稳定性分析五、采场围岩稳定性分析地地下下采采场场研究方式：数值模拟、工程类比研究方式：数值模拟、工程类比模拟程序：模拟程序：FLAC3DFLAC3D计算模型：长计算模型：长宽宽高高=500=500300300300m300m约束条件：上下左右底部固结，上部自由约束条件：上下左右底部固结，上部自

10、由屈服准则：屈服准则：(Mohr-Coulomb)(Mohr-Coulomb)屈服准则屈服准则 力学参数：引用之前试验成果力学参数：引用之前试验成果初始条件：自重应力场为主施加初始条件：自重应力场为主施加计算方案：按崩落开采方式、单采场一次形成计算方案：按崩落开采方式、单采场一次形成Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-10五、采场围岩稳定性分析五、采场围岩稳定性分析模模拟拟结结果果数数据据Engineering Investigation & Design Institute

11、of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-11五、采场围岩稳定性分析五、采场围岩稳定性分析模模拟拟结结果果小小结结主应力均基本呈对称分布主应力均基本呈对称分布, ,当暴露面积在当暴露面积在5000m5000m2 2以下时以下时, ,最大压应力为最大压应力为6.82Mpa,6.82Mpa,但没有出现拉但没有出现拉应力区应力区, ,顶板上所有监测点顶板上所有监测点Z Z向位移均较小；当暴向位移均较小；当暴露面积为露面积为10000m10000m2 2时时, ,最大压应力为最大压应力为7.07Mpa,7.07Mpa,且出且出现现0.049Mpa0.049Mpa的拉应力的拉应力,

12、 ,顶板中央顶板中央20m20m以上范围内以上范围内Z Z向位移超过向位移超过5mm5mm内；内；Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-12 当暴露面积为当暴露面积为15000m15000m2 2时，最大压应力达时，最大压应力达到到7.81Mpa7.81Mpa，最大拉应力为，最大拉应力为0.5Mpa0.5Mpa，顶板，顶板80m80m以上的距离内以上的距离内Z Z向位移超过向位移超过6mm6mm，Z Z向最向最大位移为大位移为10.96mm10.96mm，同时整个顶板的，同时整个

13、顶板的20m20m高高度范围内均有应力集中现象，此时在已经度范围内均有应力集中现象，此时在已经达到矿体（超过部分岩体）抗拉强度的情达到矿体（超过部分岩体）抗拉强度的情况下，具备自然崩落的条件。况下，具备自然崩落的条件。五、采场围岩稳定性分析五、采场围岩稳定性分析模模拟拟结结果果小小结结Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-13六、露天转地下矿山采用崩落法开采时覆岩主要意义 1 1、从采矿工艺考虑、从采矿工艺考虑, ,即放矿工艺对覆盖层的厚度有要求，即放矿工艺对覆盖层的厚度有要求，

14、放矿后岩石能够埋没分段矿石，否则形不成挤压爆破条件，放矿后岩石能够埋没分段矿石，否则形不成挤压爆破条件，使崩下的矿石将有一部分落在岩层之上使崩下的矿石将有一部分落在岩层之上, ,增大矿石损失贫化。增大矿石损失贫化。2 2、露天坑底崩落以后，下雨的时候，汇集到露天坑内的降、露天坑底崩落以后，下雨的时候，汇集到露天坑内的降水很容易灌入井下，使井下水量急剧增加，甚至可能造成水很容易灌入井下，使井下水量急剧增加，甚至可能造成淹井事故。有了覆盖岩层，就会对迳流洪峰的渗入起到一淹井事故。有了覆盖岩层，就会对迳流洪峰的渗入起到一定的削峰和延时作用。定的削峰和延时作用。3 3、当露天底崩落以后，如果覆盖层太薄

15、，当上部的边坡出现、当露天底崩落以后，如果覆盖层太薄，当上部的边坡出现大规模滑落时，会对地下工程造成严重的破坏。大规模滑落时，会对地下工程造成严重的破坏。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-14六、露天转地下矿山采用崩落法合理覆岩厚度 合理矿岩垫层厚度的研究关联到围岩垮冒的冲击力、合理矿岩垫层厚度的研究关联到围岩垮冒的冲击力、工艺要求、岩体因素、地震波及空气冲击波的传播工艺要求、岩体因素、地震波及空气冲击波的传播等很多方面的问题，这使得覆盖岩层厚度的研究变等很多方面的问题，这使

16、得覆盖岩层厚度的研究变得极为复杂。得极为复杂。 目前在工程类比基础上目前在工程类比基础上, ,均以安全规程为准留设。均以安全规程为准留设。 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-15六、露天转地下矿山采用崩落法合理覆岩厚度 金属非金属矿山安全规程金属非金属矿山安全规程(GB 16423(GB 164232006)2006) 规定：有底柱规定：有底柱分段崩落法和阶段崩落法回采的采场顶部应有厚度不小于崩落层分段崩落法和阶段崩落法回采的采场顶部应有厚度不小于崩落层高度的覆盖岩层，若采场

17、顶板不能自行冒落高度的覆盖岩层，若采场顶板不能自行冒落, ,应及时强制崩落应及时强制崩落, ,或用充填料予以充填；无底柱分段崩落法回采工作面上方或用充填料予以充填；无底柱分段崩落法回采工作面上方, ,应有大应有大于分段高度的覆盖岩层于分段高度的覆盖岩层, ,以保证回采工作的安全；若上盘不能自以保证回采工作的安全；若上盘不能自行冒落或冒落的岩石量达不到所规定的厚度行冒落或冒落的岩石量达不到所规定的厚度, ,必须及时进行强制必须及时进行强制放顶放顶, ,使覆盖层厚度达到分段高度的使覆盖层厚度达到分段高度的2 2倍左右。倍左右。Engineering Investigation & Design I

18、nstitute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-16七、挂帮矿体赋存特征 挂帮矿体开采标高为挂帮矿体开采标高为+1300m+1300m+1420m+1420m。+1360m+1360m标高以上主要分布于标高以上主要分布于2626线以西、露天采场西端；线以西、露天采场西端；+1300m+1300m+1360m+1360m标高之间矿体主要赋存在露天采场的标高之间矿体主要赋存在露天采场的西端和北端。西端和北端。 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-1

19、7七、挂帮矿体开采覆盖岩层合理厚度挂帮矿开采覆盖层合理厚度：挂帮矿开采覆盖层合理厚度：覆盖岩层厚度主要以满足采矿贫化损失控制要求为主覆盖岩层厚度主要以满足采矿贫化损失控制要求为主. .按一般崩落法采矿工艺要求按一般崩落法采矿工艺要求, ,尖山采场覆盖层厚度只要达尖山采场覆盖层厚度只要达到到30m30m以上即可以上即可. .但由于矿体开采必须要满足安全规程要求但由于矿体开采必须要满足安全规程要求因此因此, ,挂帮矿体开采时覆盖层厚度应达到分段高度的两倍挂帮矿体开采时覆盖层厚度应达到分段高度的两倍( (即即40m)40m)左右。左右。Engineering Investigation & Desi

20、gn Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-18七、挂帮矿体开采覆盖岩层形成方式 西翼挂帮矿（赋存标高西翼挂帮矿（赋存标高+1300m+1300m+1480m+1480m）覆盖岩层形成：）覆盖岩层形成：首先与首先与+1380m+1380m分段挂帮矿体的开采同步，在分段挂帮矿体的开采同步，在+1420m+1420m分段分段崩落崩落40m40m高矿岩体作为西翼挂帮矿体开采的主要覆盖岩层，高矿岩体作为西翼挂帮矿体开采的主要覆盖岩层，该部分矿岩体每次崩落过程中出矿至只要满足爆破崩落该部分矿岩体每次崩落过程中出矿至只要满足爆破崩落要求（出约要求（出约30%3

21、0%的矿）即可，待回采至的矿）即可，待回采至+1300m+1300m水平时再进水平时再进行回收。行回收。 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-19七、挂帮矿体开采覆盖岩层形成方式然后随着开采的延伸，在每个分段的沿脉巷道内布置强制落然后随着开采的延伸，在每个分段的沿脉巷道内布置强制落顶深孔，辅助补充覆盖岩层。最后在回采至顶深孔，辅助补充覆盖岩层。最后在回采至+1300m+1300m水平时，水平时，根据帮坡岩体冒落情况可在西翼采用硐室爆破方式诱导露根据帮坡岩体冒落情况可在西翼采用硐

22、室爆破方式诱导露天帮坡垮塌，在消除帮坡岩体大规模垮塌隐患的同时，为天帮坡垮塌，在消除帮坡岩体大规模垮塌隐患的同时，为深部深部+1300m+1300m以下开采覆盖岩层形成及安全开采创造条件。以下开采覆盖岩层形成及安全开采创造条件。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-20七、挂帮矿体开采覆盖岩层形成方式北帮挂帮矿（北帮挂帮矿（+1300m+1300m+1360m+1360m）开采覆盖岩层形成：）开采覆盖岩层形成：北帮坡面与大断层（包括北帮坡面与大断层（包括F309F309、F310

23、F310、F303F303、F304F304、F320F320）基本垂直，沿断层滑塌的诱导崩落很难实现，加之北帮为矿体基本垂直，沿断层滑塌的诱导崩落很难实现，加之北帮为矿体上盘，这样挂帮矿体开采更易引发采场上盘岩体发生较大规模上盘，这样挂帮矿体开采更易引发采场上盘岩体发生较大规模的崩落。因此开采过程中要始终保留足够厚度的覆盖岩层。的崩落。因此开采过程中要始终保留足够厚度的覆盖岩层。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-21七、挂帮矿体开采覆盖岩层形成方式覆盖岩层形成过程：覆盖岩层

24、形成过程：首先与西翼首先与西翼+1340m+1340m挂帮矿回采同步，在北帮挂帮矿回采同步，在北帮+1340m+1340m分段崩分段崩落落40m40m高的矿岩体，且该分段每次崩落出矿至能满足崩落要高的矿岩体，且该分段每次崩落出矿至能满足崩落要求后不再出矿求后不再出矿, ,然后与西翼同步崩落回采北帮然后与西翼同步崩落回采北帮+1320m+1320m分段的分段的矿体矿体, ,再在回采北帮再在回采北帮+1300m+1300m分段矿体的同时，根据露天帮坡分段矿体的同时，根据露天帮坡崩落情况，可充分利用崩落情况，可充分利用+1320m+1320m分段的下盘沿脉巷道布置深孔分段的下盘沿脉巷道布置深孔或以硐

25、室方式强制崩落诱导帮坡岩体垮塌或以硐室方式强制崩落诱导帮坡岩体垮塌, ,在消除露天帮坡在消除露天帮坡悬吊等隐患的同时悬吊等隐患的同时, ,为挂帮矿体与深部为挂帮矿体与深部+1300m+1300m以下矿体开采顺以下矿体开采顺利衔接、利衔接、+1300m+1300m以下开采覆盖岩层形成及缓冲帮坡岩体突冒以下开采覆盖岩层形成及缓冲帮坡岩体突冒冲击创造条件。冲击创造条件。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-22八、+1300m+1300m以下矿体开采覆盖岩层合理厚度以下矿体开采覆盖岩层

26、合理厚度+1300m+1300m以下矿体开采一要考虑崩落法开采覆盖岩层厚度满以下矿体开采一要考虑崩落法开采覆盖岩层厚度满足采矿贫化损失控制要求；二要考虑雨水通过覆盖层大足采矿贫化损失控制要求；二要考虑雨水通过覆盖层大量迅速渗入对井下开采的影响；三要考虑采场岩体可能发量迅速渗入对井下开采的影响；三要考虑采场岩体可能发生大面积突然冒落时的缓冲作用；四要考虑帮坡岩体突然生大面积突然冒落时的缓冲作用；四要考虑帮坡岩体突然向露天坑底滑塌时的巨大冲击作用。根据前面分析，类比向露天坑底滑塌时的巨大冲击作用。根据前面分析，类比类似矿山露天转地下开采的经验及安全规程要求，类似矿山露天转地下开采的经验及安全规程要

27、求，+1300m+1300m以下矿体开采时覆盖层厚度应为以下矿体开采时覆盖层厚度应为40m40m以上。以上。 Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-23八、+1300m+1300m以下矿体开采覆盖岩层形成以下矿体开采覆盖岩层形成深部深部+1300m+1300m以下矿体开采覆盖岩层的形成途径：以下矿体开采覆盖岩层的形成途径：一、通过皮带或溜槽等方式将深部采出的废石或其他废石场的废石一、通过皮带或溜槽等方式将深部采出的废石或其他废石场的废石回填至露天坑，把回填至露天坑内的废石作为深部

28、开采的覆岩垫层；回填至露天坑，把回填至露天坑内的废石作为深部开采的覆岩垫层；二、将挂帮矿体开采及深部矿体开采期间自然滑塌至露天坑的废石二、将挂帮矿体开采及深部矿体开采期间自然滑塌至露天坑的废石作为覆岩垫层；作为覆岩垫层；三、强制崩落露天帮坡岩体形成深部开采的覆盖岩层；三、强制崩落露天帮坡岩体形成深部开采的覆盖岩层；四、利用上面分段崩落的矿石作为覆盖岩层；四、利用上面分段崩落的矿石作为覆盖岩层；五、强制崩落五、强制崩落+1300m+1300m以下废石夹层或采场上下盘岩体作为覆盖岩层；以下废石夹层或采场上下盘岩体作为覆盖岩层；Engineering Investigation & Design I

29、nstitute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-24八、+1300m+1300m以下矿体开采覆盖岩层形成以下矿体开采覆盖岩层形成第一种方案：在第一种方案：在+1300m+1300m以下矿体开采之前以下矿体开采之前, ,首先在露天坑内首先在露天坑内回填回填5m5m左右的废石左右的废石, ,然后崩落然后崩落+1280m+1280m分段矿岩体使露天坑正分段矿岩体使露天坑正下部采场与露天坑实现完全贯通下部采场与露天坑实现完全贯通, ,该分段崩落的矿石只进行该分段崩落的矿石只进行松动出矿，此时露天帮坡下垫层厚度都可达松动出矿，此时露天帮坡下垫层厚度都可达40m40m以上

30、，露天以上，露天坑正下部覆盖层厚度约坑正下部覆盖层厚度约28m28m左右，然后即进行左右，然后即进行+1260m+1260m分段以分段以下矿体的开采，此时由于有可能受露天帮坡垮塌冲击的地下矿体的开采，此时由于有可能受露天帮坡垮塌冲击的地下采场上部均已经有下采场上部均已经有40m40m以上的覆盖岩层，因此下部开采以上的覆盖岩层，因此下部开采不再需要强制崩落岩体形成覆盖岩层，可充分利用开采区不再需要强制崩落岩体形成覆盖岩层，可充分利用开采区段断层较多的特点，通过从中间向两边或从一边向另一边段断层较多的特点，通过从中间向两边或从一边向另一边退采的方式，加大采场暴露面积促岩体自然崩落。退采的方式，加大

31、采场暴露面积促岩体自然崩落。Engineering Investigation & Design Institute of SINOSTEEL MIMR Co, Ltd2010-4-25八、+1300m+1300m以下矿体开采覆盖岩层形成以下矿体开采覆盖岩层形成第二种方案：在第二种方案：在+1300m+1300m以下矿体开采之前，首先采用以下矿体开采之前，首先采用硐室或深孔方式强制崩落硐室或深孔方式强制崩落+1300m+1300m分段露天坑底北帮的分段露天坑底北帮的帮坡，沿露天坑底北侧帮坡，沿露天坑底北侧350m350m长区域内形成约长区域内形成约10m10m左右的左右的最初覆盖岩层，该覆盖层对缓冲露天帮坡突然垮塌造最初覆盖岩层，该覆盖层对缓冲露天帮坡突然垮塌造成的冲击及延缓暴雨雨水下渗至井下采场都有重要意义。成的冲击及延缓暴雨雨水下渗至井下采场都有重要意义。然后崩落然后崩落+1280m+1280m矿岩体，该分段崩落的矿石只进行松动矿岩体，该分段崩落的矿石只进行松动出矿；至此同第一种方案崩落回采出矿；至此同第一种方案崩落回采+1260m+1260m以下的矿体。以下的矿体。Engineering Investigation & D