本書共分7章,主要內(nèi)容包括:焦家金礦概況、深部節(jié)理硬巖強(qiáng)度特征與損傷演化規(guī)律、深部圍巖節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析及圍巖穩(wěn)定性分級(jí)、不同充填接頂率圍巖變形規(guī)律研究、緩傾斜厚大礦體采礦方法多屬性決策優(yōu)選、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與開采順序動(dòng)態(tài)優(yōu)化、采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與開采順序動(dòng)態(tài)優(yōu)化。
礦業(yè)是人類文明演變和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分,對(duì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有巨大的推動(dòng)作用。隨著部分地區(qū)淺層礦床資源逐漸枯竭,為了滿足資源需求,人們轉(zhuǎn)向深部開采。深部礦床蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源,能夠提供多樣化的礦產(chǎn)供應(yīng),滿足市場(chǎng)對(duì)不同礦產(chǎn)的需求,促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的多元化發(fā)展。通過深部開采,可以獲取更多關(guān)于地下構(gòu)造和礦床特征的信息,這有助于加深我們對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地質(zhì)演化的認(rèn)識(shí),推動(dòng)地質(zhì)科學(xué)的進(jìn)步。由于地下較深處的位置,礦體所處的地質(zhì)環(huán)境相對(duì)復(fù)雜,巖體結(jié)構(gòu)可能較為疏松、斷裂和節(jié)理發(fā)育程度高,使得礦石的穩(wěn)定性變差,存在塌方、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn),給開采工作帶來一系列的工程難題。同時(shí)開采技術(shù)難度大,所需的投入與風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高,開采成本也會(huì)相應(yīng)增加。深部開采往往需要更高的能源消耗和設(shè)備維護(hù)成本,以及較長(zhǎng)的開采周期。因此需要不斷研發(fā)新的采礦設(shè)備、工藝技術(shù)和安全管理手段。這促進(jìn)了工程技術(shù)的突破和創(chuàng)新,推動(dòng)了自動(dòng)化、智能化和綠色環(huán)保等領(lǐng)域的發(fā)展,同時(shí)也帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)和優(yōu)化。深部礦產(chǎn)開采還有助于實(shí)現(xiàn)資源的有效利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)。通過綜合開發(fā)和回收利用,能夠最大限度地提高礦產(chǎn)資源的利用效率,減少資源的浪費(fèi)和環(huán)境的破壞。這對(duì)構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的礦業(yè)模式,推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的綠色發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)意義重大。
深部緩傾斜厚大金礦床是指位于地下較深處、傾角較緩、礦體較厚且隱藏豐富金礦資源的礦床,其開采技術(shù)難度大,巖體賦存條件復(fù)雜,安全風(fēng)險(xiǎn)高,經(jīng)濟(jì)效益低。在開采過程中所產(chǎn)生的地壓災(zāi)害、突水災(zāi)害、高應(yīng)力、強(qiáng)擾動(dòng)等嚴(yán)重影響采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性,加劇頂板失穩(wěn)破壞風(fēng)險(xiǎn),以及采空區(qū)處理及地表設(shè)施保護(hù)等問題,這些嚴(yán)重制約了深部礦體開采進(jìn)程。緩傾斜厚大礦床開采具有以下顯著特征:首先,頂板控制難度大。由于這類礦床的賦存環(huán)境復(fù)雜,采場(chǎng)地壓和區(qū)域地壓?jiǎn)栴}較為明顯,常常發(fā)生局部或區(qū)域性地壓災(zāi)害。傳統(tǒng)的支護(hù)方法效果不佳,導(dǎo)致巖層控制和采空區(qū)處理變得困難。其次,采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和開采技術(shù)指標(biāo)存在問題。由于該類型礦床的工程地質(zhì)環(huán)境較差,采場(chǎng)布置方式和采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性,進(jìn)而導(dǎo)致礦石回采技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不盡如人意,這會(huì)導(dǎo)致資源的利用效果不理想。此外,目前針對(duì)這類礦床開采的成熟技術(shù)相對(duì)較少,開采作業(yè)中浪費(fèi)了大量礦產(chǎn)資源,這些資源的損失通常是永久性的。由于缺乏適應(yīng)這種礦床特點(diǎn)的成熟技術(shù),對(duì)礦產(chǎn)資源的高效利用成為一項(xiàng)難題。
為了提高這類礦床的開采效率和安全性,本書系統(tǒng)地研究了深部緩傾斜厚大金礦床安全高效機(jī)械化開采技術(shù)。以膠東半島焦家金礦為例,詳細(xì)介紹了該礦床的地質(zhì)特征、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)特征等基礎(chǔ)資料,分析了目前該礦床開采技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題。深部緩傾斜厚大礦體開采面臨的主要問題是:深部巖體損傷演化及強(qiáng)度劣化機(jī)理不明確,與淺部巖體不同,由于深部地應(yīng)力作用,巖體節(jié)理裂隙發(fā)育十分復(fù)雜,室內(nèi)試驗(yàn)獲取的基礎(chǔ)力學(xué)參數(shù)不能完全表征巖體力學(xué)行為;巖體穩(wěn)定性分級(jí)不準(zhǔn)確,對(duì)于深部緩傾斜巖體,傳統(tǒng)RMR分級(jí)法中巖體質(zhì)量指標(biāo)RQD和節(jié)理間距兩項(xiàng)指標(biāo)較難精準(zhǔn)獲取,其受節(jié)理方位及測(cè)量角度影響較大,分級(jí)不準(zhǔn)確導(dǎo)致頂板控制難度加大;頂板支護(hù)技術(shù)較為落后,面對(duì)頂板在斷層存在的情況下有發(fā)生整體垮冒的風(fēng)險(xiǎn),傳統(tǒng)支護(hù)手段難以解決此類問題;采礦方案需要優(yōu)化,焦家金礦現(xiàn)有采礦方法為上向水平進(jìn)路充填法,其回采順序較為傳統(tǒng),開采方式較為簡(jiǎn)單,采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)較為單一,難以適應(yīng)焦家金礦深部復(fù)雜礦體的回采工作。
1 焦家金礦概況
1.1 地理位置、交通和區(qū)域經(jīng)濟(jì)
1.2 區(qū)域地質(zhì)概況
1.2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征
1.2.2 水文地質(zhì)特征
2 深部節(jié)理硬巖強(qiáng)度特征與損傷演化規(guī)律
2.1 室內(nèi)基礎(chǔ)巖石物理力學(xué)試驗(yàn)
2.1.1 概述
2.1.2 現(xiàn)場(chǎng)取樣加工
2.1.3 巖石力學(xué)試驗(yàn)過程及結(jié)果
2.2 節(jié)理硬巖強(qiáng)度特征與損傷演化規(guī)律
2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)取樣及加工
2.2.2 試驗(yàn)設(shè)備及方案
2.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
2.2.4 基于聲發(fā)射的巖石卸荷破壞損傷演化規(guī)律
2.3 本章小結(jié)
3 深部圍巖節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析及圍巖穩(wěn)定性分級(jí)
3.1 現(xiàn)場(chǎng)節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)分析及關(guān)鍵塊分析
3.1.1 ShapeMetrix3D系統(tǒng)簡(jiǎn)介
3.1.2 利用蒙特卡洛方法模擬巖體結(jié)構(gòu)面
3.1.3 巖體結(jié)構(gòu)面數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量及結(jié)構(gòu)面模擬
3.2 圍巖穩(wěn)定性分級(jí)及力學(xué)參數(shù)計(jì)算
3.2.1 金屬礦山圍巖穩(wěn)定性分級(jí)方法研究現(xiàn)狀與問題
3.2.2 基于修正的RMR圍巖穩(wěn)定性分級(jí)
3.2.3 基于BQ的巖體穩(wěn)定性分級(jí)
3.2.4 最終分級(jí)結(jié)果確定
4 不同充填接頂率圍巖變形規(guī)律研究
4.1 試驗(yàn)研究及分析
4.1.1 試樣材料準(zhǔn)備
4.1.2 試樣設(shè)備介紹
4.1.3 試驗(yàn)方案及操作
4.1.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析
4.1.5 試樣聲發(fā)射分析
4.2 巖石孔洞周邊應(yīng)力分布
4.2.1 假設(shè)條件
4.2.2 復(fù)變函數(shù)保角變換
4.2.3 復(fù)勢(shì)函數(shù)解析方法步驟
4.2.4 理論計(jì)算求解
4.2.5 考慮支護(hù)阻力的圍巖應(yīng)力解析量計(jì)算(存在遠(yuǎn)場(chǎng)應(yīng)力)
4.3 數(shù)值模擬分析
4.3.1 模型建立
4.3.2 參數(shù)標(biāo)定
4.3.3 模擬結(jié)果分析
4.3.4 顆粒位移矢量與裂紋演化規(guī)律
4.3.5 應(yīng)力演化規(guī)律
4.4 本章小結(jié)
……
5 緩傾斜厚大礦體采礦方法多屬性決策優(yōu)選
6 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與開采順序動(dòng)態(tài)優(yōu)化
7 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與開采順序動(dòng)態(tài)優(yōu)化
參考文獻(xiàn)