深部金属矿山卸压开采硐室设计及模拟效果分析

２０１８年第４期／第３９卷

黄 金

ＧＯＬＤ

深部金属矿山卸压开采硐室设计及模拟效果分析

收稿日期：２０１７-０９-２０；修回日期：２０１８-０３-２５

作者简介：周东良（１９７２—），男，山东招远人，高级工程师，硕士，从事深井安全高效开采方面的研究；山东省招远市夏甸镇西芝下村北，招金矿业

股份有限公司夏甸金矿，２６５４１８；Ｅ-ｍａｉｌ：ｘｄｊｋｂｇｓ＠１６３．ｃｏｍ

*通信作者，Ｅ-ｍａｉｌ：ｗａｎｆｅｉ_ｕｓｔｂ＠１６３．ｃｏｍ，１５５０１１０８０８８

周东良１

，刘玉桥１

，李占奎１

，万 飞

２，３*

（１．招金矿业股份有限公司；２．北京科技大学土木与资源工程学院；３．北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室）

摘要：随着矿山开采由浅部逐渐转向深部，岩爆等地质灾害问题频发。根据一系列的岩爆预防

和控制的相关研究，采用卸压开采可对岩爆易发区进行防控。以夏甸金矿为工程背景，针对夏甸金

矿运输巷发生的岩爆现象，提出预先掘进卸压巷道来防控岩爆的方案，基于Ｆｌａｃ３Ｄ

数值模拟软件，模拟分析在巷道两侧实施预掘卸压巷道方案后，巷道围岩应力的分布情况和卸压效果。卸压后，应力集中区域明显减少，两帮的卸压效果最为明显，变形减小量可达１７．６％，顶板变形减小量为８．５％。

关键词：深部开采；岩爆；卸压开采；数值模拟；应力；地压控制

中图分类号：ＴＤ８５３ 文章编号：１００１-１２７７（２０１８）０４-００２７-０４文献标志码：Ａ

ｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０１８０４０７

随着矿山开采深度的加深，地应力由浅部近似线

性分布逐渐过渡到深部非线性各向异性分布，以重力主导的地应力场转变为由构造主导的构造应力场［１］

。而岩爆问题在矿井延深开采过程中日益突出，以高地应力主导或以构造应力主导的岩爆逐步演

变成二者之间耦合控制型岩爆［２］

。金矿矿床受构造控制较多，且赋存在高地应力条件下，加之开挖扰动后易发生岩爆现象。故在深井开采的金矿中寻求控制岩爆影响的开采技术显得十分迫切。

１ 工程背景

招金矿业股份有限公司夏甸金矿（下称“夏甸金矿”）始建于１９８１年，开采历经３０余年，浅部矿产资源逐渐耗竭，深部资源开发在今后夏甸金矿发展中将发挥中流砥柱的作用。目前，夏甸金矿已开采至７４０ｍ水平，开拓工程已至７８０ｍ水平。采用无底柱分段崩落采矿法和上向水平分层胶结充填采矿法联合开采，５２９勘探线—５４６勘探线的矿体采用无底柱分段崩落采矿法进行开采，５２９勘探线以南和５４６勘探线以北的矿体采用上向水平分层胶结充填采矿法进行开采，２种采矿方法的交错使用使得深部地压状况更为复杂。在深部无底柱分段崩落采矿法采场区域中，巷道顶板及两帮已经出现了不同程度的破坏，临近采场的运输巷已发生岩爆现象；巷道交错口，上向水平分层胶结充填采矿法和无底柱分段崩落采矿法相交区域，上盘围岩破碎区破坏情况尤为严

重，矿山安全生产面临耳严峻挑战。伴随开采深度的

进一步加深，岩石易发生频繁的岩爆现象［３］

。夏甸金矿在深部开采中岩爆问题初现，对下一步采场的开采造成威胁。因此，提出运用卸压开采理论实现采场进路在低压状态下的安全开采。

目前，针对深部高地应力下的岩爆研究主要包括

其形成机理、预测和防控措施３个方面［４］

。在岩爆控制方面，有学者提出通过开掘卸压巷道的方法，将开挖附近围岩的高应力区域转向深部岩体，使巷道开挖扰动围岩处于应力降低区，进而减小工作面发生岩爆

的危险性［５-６］

。

本文针对夏甸金矿运输巷发生的岩爆现象，提出

预先掘进卸压巷道来防控岩爆的方案，通过Ｆｌａｃ３Ｄ

数值模拟软件对试验采区的防控岩爆方案进行分析研究。

２

卸压开采

２．１

基本原理

卸压开采运用应力转移的原理，即在开采区域附近预先掘进卸压巷道，使高应力开采扰动区内应力转移到附近围岩深部，从而改善开采区应力集中的分布状态，控制由于多次开挖扰动影响而造成的应力互相

叠加的程度［７-８］

，从而大幅度降低高应力主导下的岩爆发生影响。２．２ 卸压开采方案

本文主要是对夏甸金矿-７４０ｍ水平５４４勘探

线—５５０勘探线的２个采场进行卸压开采方案的制

万方数据