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1、第20卷第1期岩石力学与工程学报20(1):38～422001年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.,2001玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测蔡美峰王金安王双红(北京科技大学资源工程学院北京100083)摘要玲珑金矿是石英脉型金矿床,目前开采深度已超过500m,未来开采深度将超过1000m。对此类矿床赋存条件的地下矿山,深部开采时可能遇到的一个突出问题就是岩爆。根据系统的工程地质调查、地应力场现场实测、岩石力学试验、三维有限元数值模拟的结果,采用多种岩爆判
2、断准则,分析了玲珑金矿深部开采时围岩中的能量分布规律和发生岩爆的可能性,提出了防治岩爆的建议措施。关键词玲珑金矿,深部开采,岩爆,预测分类号TD324文献标识码A文章编号1000-6915(2001)01-0038-05外多种岩石动力学准则,对玲珑金矿深部开采过程1前言中,岩爆发生的可能性进行了评价和预测。下面对各种评价和预测方法及结果分别进行论述。玲珑金矿(原名招远金矿)是我国最大的黄金矿山之一,自1976年黄金产量突破5万两大关之后,2基于岩石力学特性的评价连续21a产量位于全国之首。该矿位于山东省招远市玲珑镇,矿部南距招
3、远市区16km,北距龙口市552.1岩石单轴压缩循环加载试验km,东距烟台市137km,东南距青岛市170km,均岩石在压缩过程中,试件将聚积变形能并产生有公路相联,交通方便。弹性和塑性变形。如果在岩石受压达到峰值强度前自1962年投产以来,该矿已有近40a的开采历对试件进行卸载,弹性变形可以得到恢复,而塑性变史。目前最低开采中段已到-270m水平,距地表形则永久性保存。因此,通过岩石循环压缩实验可以500多米。随着开采深度不断增加,矿体赋存状况、检测岩石内部积聚能量的性质和特征。工程地质条件和围岩稳定性状态显著恶化,地压显如
4、图1所示,岩石加载至A(峰值前)卸载,c现加剧。同时,最近玲珑金矿的深部探矿已在-800为卸载前聚集在岩石内部的总应变能,st是由于岩m水平发现了具有开采价值的矿体,因而玲珑金矿石产生塑性变形和内部产生微破裂而消耗的能量,未来的开采深度将超过1000m,成为我国黄金矿sp为卸载后仍然储存在岩石内部的应变能。将sp与[1]山,甚至整个金属矿山开采深度最大的矿山之一。st之比记为F(sp/st)。[2,3]玲珑金矿属于石英脉型金矿,对此类矿床赋存根据国外的现场试验与研究结果,F值越条件的地下矿山,深部开采将涉及一系
5、列深部岩石大,岩石破坏时产生的冲击越强烈。F值与岩爆可能力学问题,其中最突出的就是冲击地压和岩爆等动性的关系如下:力学问题。因为在地层深部,高地应力的存在造成岩F≥5.0岩石破坏时产生中等到强烈冲击;体内储存大量的弹性应变能,开采过程中,围岩破坏2.0≤F<5.0岩石破坏时产生弱到中等的冲后弹性能的突然释放,将有可能导致岩爆和矿震等击;突发的动力学现象,造成严重的人员伤亡和财产损F≤2.0岩石破坏时不产生冲击。失。本文通过地应力场现场实测、多种形式的岩石力玲珑金矿深部围岩主要是各种类型的花岗岩,学实验和三维有限元数值模拟计算,
6、分析了玲珑金在实验室完成的大量力学试验表明,花岗岩在循环矿岩石及岩体内能量积聚与分布规律,并采用国内加卸载过程中,加卸载曲线基本上重合,直至达到岩2000年2月21日收到初稿,2000年3月20日收到修改稿。作者蔡美峰简介:男,58岁,1990年于澳大利亚新南威尔士大学采矿系岩石力学专业获博士学位,现任北京科技大学资源工程学院院长、教授、博导,主要从事岩石力学、采矿工程方面的教学与研究工作。第20卷第1期蔡美峰等.玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测·39·性模量、泊松比。试验结果分别见图3和表1。(a)斑状黑云母混合花
7、岗岩图1岩石试件加卸载时的能量计算示意图Fig.1Energyaccumulationinrockspecimenduringloadingandunloading石破坏,岩石的塑性变形几乎为零(见图2)。说明st很小,sp很大,在极端情况下可能出现F→∞。因此可以推论,玲珑金矿深部围岩在发生破坏时,将可能产生很大的冲击作用。2.2岩石单轴与三轴刚性试验为研究岩石从受压直至破坏后全过程中,其内(b)中粗粒混合花岗岩部能量积聚与释放的特征,对玲珑金矿深部花岗岩图2花岗岩试块单轴循环压缩试验应力-应变曲线进行单轴与三轴刚性试验
8、。实验内容包括测量花岗Fig.2Stress-straincurvesofgranitespecimenobtained岩单轴全应力应变曲线、三轴全应力应变曲线及弹byuniaxialcyclingcompressivetesting(a)单轴试验(b)三轴试验图3片麻状花岗
