苏家坡磷矿岩爆倾向性评价及岩爆灾害处置方法研究

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随着浅埋矿产资源的开发利用,矿山深部开采已成为唯一趋势,高应力硬脆性岩体岩爆灾害已成为不可避免的问题。因此,深井岩爆灾害防治已迫在眉睫,针对苏家坡磷矿缓倾斜薄矿体深部开采岩爆灾害现象,本文以该磷矿采空区、巷道为主要研究对象,采用室内相关力学试验、现场调研、理论分析以及数值模拟等相结合的方法,对苏家坡磷矿深部开采岩爆倾向性,岩爆机理和处置措施进行了全面分析研究,并得出以下创新性研究成果:(1)通过对苏家坡磷矿岩爆重点区域分析调查,该矿山多为及时性岩爆。按照矿山岩爆特点可将岩爆划分为轻微、中等和重度岩爆三种类型。按照岩爆发生位置,岩爆主要集中在开挖掌子面、巷道拐角以及采空区顶板、矿柱位置。(2)采用巴西劈裂法、单(三)轴抗压强度测试,得出了顶底板以及矿岩的相关物理力学参数,获得了三种岩石的变形破坏规律、强度特征;并采用四种岩爆倾向性评价方法得出了顶底板和矿岩的单因素岩爆烈度等级,鉴于结果的差异,结合模糊数学的优点,进行了岩爆倾向性模糊综合评价,最终得出白云岩和磷块岩属中等岩爆,页岩具有弱岩爆倾向。(3)通过分析深埋巷道受力状况,揭示了深埋矿体围岩应力作用机理;通过室内压缩试验宏微观分析以及声发射监测,获得了顶底板、矿岩的微观破坏机制;根据岩样EDS能谱分析,得出了微观元素岩爆作用机理;并根据岩爆体能量作用机制,分析了试件“弹—脆—塑”性破坏过程中岩体损伤破坏规律。(4)结合损伤力学和弹塑性理论,借助有限元差分法FLAC3d对该磷矿房柱法开采采空区应力场、位移场变化规律进行了分析,重点揭示了房柱法采空区顶底板和矿柱的位移变化规律与岩爆的关联。模拟结果与现场情况相吻合,对于岩爆防治具有一定理论意义。(5)根据岩爆分级情况、孕育机理以及数值模拟结果,从围岩物理性能、应力条件以及支护措施几个方面提出了一些针对性治理措施,对于矿山岩爆灾害治理具有重要参考价值。
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