自然崩落法的技术开发测试

   2020-07-14 580

自然崩落法是一种借助拉底及削弱工程诱导矿岩体中的应力发生变化,并借助岩体中的节理裂隙的发展而形成裂隙网,然后在自重作用下自然崩落,是一种不依赖凿岩爆破落矿的高强度低成本的大规模地下采矿方法。自然崩落法往往是针对矿块或盘区进行的,其成功开采实践受多方面的影响,大体上可分为自然因素和工程因素2大类,其中自然因素主要包括地质因素、矿岩物理力学性质、矿岩结构面发育状况、地应力大小及分布情况等,工程因素主要为工程布置形式与施工方式等,由于影响自然崩落法开采的因素很多,导致其工程布置具有其特殊性,一旦开采失败难以转化为其他类型采矿方法或进行补救,会造成资源的极大浪费和损失,因此为了有效控制风险,在开采实践之前,必须进行大量的前期可行性论证及研究工作,以降低风险,确保自然崩落法的成功开采实践。


黄山铜镍矿30#矿体为低品位厚大矿体,原设计采矿方法为无底柱分段崩落法,但由于其530m以上区域矿岩结构面较发育,在实际施工过程中巷道易出现变形和垮塌,支护工作量大且支护难度和成本高,给工程进度和井下作业安全造成了严重的威胁;另外,由于金属价格的持续低迷,采用原设计采矿方法难以产生效益,也不利于矿山步入正常的生产轨道。因此,矿山通过与科研院所合作开展联合攻关,以寻求更加符合安全高效需求的采矿方法,通过多方多次沟通,决定针对30#矿体(530m以上区域)自然崩落法开采的可行性进行深入研究。


黄山铜镍矿为新建矿山,30#矿体赋存在Ⅰ号基性—超基性岩体内,呈隐伏状产出,其530m以上区域矿体长240m,平均厚度43m,矿体倾角50°~65°,平均倾角61°,个别地段较缓,矿石平均品位为Cu0.298%、Ni0.461%,总体上矿体形态变化不大,属低品位厚大矿体。矿体顶板岩性主要为斜长角闪橄榄岩、辉长苏长岩,底板岩性为角闪辉长岩、辉长苏长岩,局部为斜长角闪橄榄岩。矿区地质构造较为简单,虽然大型构造破碎带发育较少,但中小型结构面却较为发育,给地下工程施工带来了一定的不利影响,这一点在过去几年的基建工程施工过程得到了很好的印证。


另外,矿区工程地质类型属坚硬半坚硬为主的非层状矿床,不良工程地质问题较单一,为工程地质条件简单—中等的矿区。区内无地表水系和常年性河流,仅有切割不深的干谷分布,雨季形成暂时性洪流,雨后3~5d即消失,矿区发生塌方、泥石流、滑坡的可能性小,其地下水的主要补给源为大气降水,地下水交替作用极弱,因而总的来说水文地质简单。


此外,矿区位于戈壁滩上,且区内上方地表及其附近无道路、管线工程及民用建筑,因而地表允许崩落。在矿山开采技术条件的基础上,结合现场实际情况,可知由于研究范围内矿石品位低、矿岩总体不稳固、金属价格低迷等因素的影响,导致原设计采矿方法无法正常进行,因此有必要对采矿方法进行相应的变更及专项研究,以保证采矿作业的安全和资源的合理利用与回收。另外,区内上方地表允许崩落,为自然崩落法的开采提供了可能,接下来有必要针对影响自然崩落法成功开采的自然因素进行大量的实验、调查、测试与分析,从而对区域内自然崩落法的可行性进行合理的综合评价。


矿岩的物理力学性质直接影响矿岩体的整体特性,其性质对于矿岩崩落的形成与发展具有重要的作用,因此有必要对研究区域内的各类型岩石进行相应的物理力学性质实验。通过现场地质调查可知,范围内的岩石主要有细碧玢岩、橄榄辉石岩及部分地段的绿泥滑石千糜岩,其中细碧玢岩和橄榄辉石物理力学性质相对较好,因此可取样加工成标准试样进行室内力学实验,而部分绿泥滑石千糜岩不易于加工成规则形状的岩样,因此可进行点载荷试验现场测定其力学性质。


矿岩体中的结构面对于裂隙网的形成与发展具有不可或缺的作用,同时结构面的特性也直接影响着矿岩体的整体力学特性,因此在了解区域地质的基础上,需要对研究范围内的矿岩体进行细致的工程地质调查,以充分了解矿岩体中的结构面的发育及分布情况,为自然崩落的可行性分析提供现实基础依据。


岩体结构面凋查一般可采用岩芯调查法和坑道调查法,而坑道调查法准确程度要高得多,但其工作量也较大。本次采用坑道调查法,通过布置测线的方式,逐条测量结构面的基距、产状、持续性、张开度、粗糙度、充填或胶结情况、风化或蚀变程度、渗水情况等。然后基于数理统计,对调查结果分别进行整理、统计和分析,以得出矿岩体中优势结构面产状、发育情况及特性。针对黄山铜镍矿30#矿体(530m以上区域)现场实际情况和分析需要,结合矿体及上下盘岩体赋存状况,调查范围确定为114线~119线之间穿脉巷和部分沿脉巷,对露头良好、具有代表性的区段进行详细调查。


根据上述调查结果可知,矿岩体中的结构面总体较为发育,其中矿体最为发育,其具有198°∠80°,101°∠77°,54°∠33°和139°∠78°这4组优势结构面;上盘岩体中发育有51°∠86°,84°∠69°和7°∠34°这3组优势结构面;而下盘岩体中则发育有38°∠82°和10°∠75°这2组结构面。同时,根据现场调查可知,矿体中的平均结构面线密度为2.81条/m,平均间距0.36m,结构面多呈微粗糙型张开状态,普遍延伸较长,岩壁表面干燥,中等分化。

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