大红山铜矿点柱式上向水平分层充填法研究与应用

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1、大红山铜矿点柱式上向水平分层充填法研究与应用第一章绪论1.1问题的提出和研究意义针对留设点柱的采矿方法，本文讨论了点柱的破坏原因、方式以及对实际生产中点柱的保护提出意见，分析了点柱的应力受力情况及计算方法，对点柱的尺寸设计和施工中的保护具有一定意义。点柱式上向水平分层充填法优点一是留设点柱，相当于减少了采场顶板的暴露面积，顶板的暴露面积是各个点柱分摊支撑的顶板面积，顶板由点柱和充填体共同支撑，点柱被充填体包裹着，形成三轴受力状态，增加了点柱的支撑能力，有利于控制顶板岩层移动；二是采切工程量小、贫化小。缺点是永久点柱所占矿量大，作为永久损失，导致损失率高；点柱的留设对施工要

2、求高。对于上向式的分层采矿，每步回采都会使原岩应力改变其原有的分布状态而产生新应力场，在采场顶板中部会产生应力集中。随着时间的延长，顶板岩层将产生裂缝，裂缝延伸扩大导致顶板冒落，所以顶板安全的问题也成为了上向充填法的一个难题。对于点柱式充填，点柱可以有效的维护顶板安全，但在开釆过程中，点柱的应力集中也会造成点柱的破坏而造成事故，同时点柱作为永久损失，如何科学合理的设计点柱的尺寸和跨度，保证采场作业安全是要研宄的重要问题。..1.2点柱式上向水平分层充填法的国内应用情况点柱式上向水平分层充填法是上向分层充填法的一个分支，釆用水平分层自下而上逐层开采，每分层回釆结束后，及时对

3、分层进行充填，以支撑采空区两帮，并作为下一作业循环的作业平台。凿岩、爆破、通风、撬毛及支护、出矿和充填，完成一个循环后再进行下一个循环作业。与上向分层充填法的采场布置不同，点柱式上向水平分层充填法回采时在采场中留有点柱，以增加支撑矿石和上盘围岩的作用。点柱一般为圆形或矩形，圆形点柱直径一般为3~6ra，矩形点柱一般为（3niX3m)~(6mX6m),点柱间距一般为10?15m。点柱式上向水平分层充填法一般适用于矿体中等稳固、围岩不稳画的倾斜或急倾斜矿体，以及形态不规则、分支复合变化大的矿体，可以精确地沿不规则的表面开采。较大的选择性有利于采出高品位的矿石，这对采矿经济效益

4、来说很重要。国内应用点柱上向水平分层充填法的矿山包括南京铅锌银矿、马庄铁矿、三山岛金矿、大尹格庄金矿、白象山铁矿和新城金矿等，且都获得了较好的生产和经济效益。..第二章点柱稳定性研究方法2.1点柱失稳破坏原因探讨矿石资源在采出之后，岩体内的原有应力平衡状态受到破坏，经岩体变形和运动后再达到新的平衡，这是一个及其复杂的物理力学变化过程，在这一过程中，釆场、矿柱所承受的应力将数倍于原岩应力，当矿柱应力大于其强度时，矿柱就会失稳破坏。对于点柱采矿法，点柱是反映及决定釆场整体稳定状态的重要结构单元，点柱破坏是指矿房矿石回采过程中，采场内预留的间断矿柱在爆破、顶板岩体来Bi等作用下

5、，发生的变形、位移导致点柱承载力减弱或者完全丧失承载能力的现象。简言之，点柱稳定性就是指点柱的安全可靠性。根据对众多点柱的破坏进行分析，本文将点柱破坏的影响因素归纳为三类，即地质因素、设计因素和施工因素。矿体厚度、矿柱中是否存在软弱夹层断层破碎带；断层、裂隙、节理对点柱稳定性的影响是很明显的，由于断层、节理发育，断层切割岩体破坏了完整性，使顶板或者帮壁产生脱层而冒落，极易发生伤亡事故，事实上，构造弱面是点柱周围岩体地压活动的突破口，是控制着空区的垮落范围和岩体移动矢量的重要因素；矿体倾角对矿柱破坏模式的影响，体现在当采深一定时，倾角越大压力越小，倾角越小，压力越大。2.2

6、点柱的破坏形式点柱破坏形式是指矿房矿石回采后，形成的连续或问断矿柱在顶板岩体的来压作用下，可能发生的失稳破坏方式。点柱的破坏形式主要包括：2.2.1压剪破坏这种破坏形式是矿柱最常见的破坏模式。由于矿柱的侧压被解除，在顶板压力作用下，矿柱中产生较大的剪应力，同时由于岩体中存在大量的节理裂隙弱面，所以在剪应力作用下，矿柱常常发生剪切破坏，矿柱逐渐形成腰部缩小的極铃形状，矿柱的有效承载面积减少，最终完全失效。2.2.2压张破裂该类破坏形式在层状矿体中较为常见。由于矿柱侧压被解除，在较高的顶板压力作用下，矿柱中产生横向拉应力，矿柱发生侧向变形，从而使矿柱沿竖向节理裂隙拉裂，产生渍

7、屈破坏。2.2.3沿结构面滑动破坏当连续矿柱中有走向垂直于矿体走向的断层破碎带或裂隙，且与矿柱形成不利的相交关系时，由于采矿活动对矿柱产生卸荷而失去侧向约束，在顶板重力或上部岩体压力作用下，矿柱可能沿断层破碎带或裂隙滑动而失稳破坏。间断的点式矿柱，各种走向的断层破碎带和裂隙，都可能引起矿柱沿此类弱面滑动破坏。.第三章点柱式上向水平分层充填点柱跨度设计..........213.1Lunder等人的强度理论..........213.2太沙基荷载理论..........223.3基于材料力学理论的矿柱间距设计公式........