陡倾矿体充填开采岩移规律与充填体稳定性研究

Backfilling method is extensively used because it could control the stress field and displacement of the rock mass. However, many ground fissures, collapse of vertical shaft and tunnel destruction was found in the Jinchuan Nickel Mine. It indicates that the backfilling method can still cause large deformation and rock movement, while the current theory of rock movement is not applicable in the backfilling mine. Jinchuan Nickel Mine is a typical thick and steep metal mine, which occurred in fractured rocks with complicated geological condition. Thus, downward cut-and-fill mining method is adopted and obtained considerable ore production. Therefore, the control of stress field and rock mechanical problems are well-known for experts at home and abroad. The No. 2 mine of the Jinchuan Mine will be studied. Based on long-term monitoring, field investigation to shafting and drifting engineering and modeling and theoretical analysis of rock movement, we will try to reveal the regularity of rock movement and the mechanism of rock deformation in exploring steep ore body with the cut-and-filling method. Under high tectonic stress, whether the thinning horizontal ore body will fail or not will be discussed in this research. The integral stability of the backfilling body with the increase of exploring depth will be researched, and the optimal scheme for the strength of backfilling material will also be presented. This work is significant to production safety and scientific research both in the Jinchuan Nickel Mine and the other mines with similar geological conditions.

充填采矿法由于其能有效的控制岩压和岩体移动而被广泛应用。但金川镍矿地表开裂、竖井垮塌以及井下大量巷道破坏的事实表明，这种采矿方法仍能诱发大范围的岩体移动和地表变形，而现有的岩移理论对于充填开采的矿山并不适用。金川镍矿属碎裂岩体，工程地质条件复杂，为典型的厚大陡倾金属矿山，大范围采用下向胶结充填无矿柱连续开采方法以及高产量等特点，使得矿山的地压控制技术和岩石力学问题成为国内外专家公认的难题。本项目以金川二矿区为研究对象，基于长期地表与井下的岩移监测数据，通过井巷工程地质调查、矿山岩体移动模型构建和理论分析，揭示陡倾矿体采用下向胶结充填开采岩体变形的机制和岩移规律，论证逐渐变薄的水平矿体在高构造应力条件下是否会发生弹性失稳并引起灾变的可能性，以及随着开采深度的加大上覆充填体的整体稳定性问题，提出充填材料强度优化方案。研究成果将对金川镍矿及类似工程地质条件矿山的安全生产和科学研究均有借鉴意义。

以金川二矿区工程实例为研究对象，基于长期地表与井下的岩移监测数据，通过工程地质调查、模型构建和理论分析，研究了陡倾矿体采用下向胶结充填开采岩体变形的机制和岩移模式，论证了逐渐变薄的水平矿体在高构造应力条件下是否会发生弹性失稳并引起灾变的可能性，以及随着开采深度的加大上覆充填体的整体稳定性问题和提高充填材料强度的优化方案。.金川二矿区历经二十多年的开采，已形成明显的地表移动盆地，上盘的岩移幅度和范围远大于下盘，地表两裂缝带也呈现快速扩展贯通的趋势。随着开采深度的变化，其岩体移动机理有阶段性的不同。前期阶段出现类似于水平矿层开采下的岩体移动特征，当开采区域在竖直方向上的尺寸大于矿体在水平方向上的尺寸时，对于自重应力型急倾斜矿体，地表沉降盆地自始至终只出现一个沉降中心，对于构造应力型急倾斜矿体的开采在地表会出现双沉降中心的现象。.在小步距充填开采条件下，处于压紧状态的坚硬、破碎围岩的松动效应使得开采后围岩体保持了较低的能量释放率。在上、下中段之间的残存水平矿体开采至结束的整个期间，鉴于其特殊的“残余支撑作用”，不会出现过大的应力集中，采场围岩的变形速率也不会发生突变。最大位移位置与矿体倾角呈线性相关关系，而矿体几何形态对充填体位移场影响更大。对于双中段开采的上部采空区，充填体发生变形破坏的位置位于两侧角点，下部采空区变形破坏位置稍有扩大，但也集中在两侧角点附近。.双中段开采可以有效减缓上部采空区的应力集中，有利于上部充填体稳定，但会造成下部中段充填体的应力集中加剧。随着采深的增加，要保证进路顶板充填体的稳定性，需设法增强进路顶板的抗拉强度或降低顶板承载层底部所产生的最大拉应力，并控制顶板的垂直位移。采用等灰砂比充填法和在充填体中布设横筋和竖筋钢筋网的方案，可以提高充填体的整体性能。.本项研究成果不仅对保证金川矿山的安全生产具有实际意义，而且也是对我国充填开采矿山岩移理论的重要补充。