庞家河金矿采空区冒落致灾机理与防治技术

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金矿作为贵重金属矿产资源,在我国分布广泛,所开采出的黄金有着重要的工业价值。对于急倾斜中厚矿体条件,当应用浅孔留矿法开采时,遗留的采空区失稳问题较为突出。采空区的存在,容易导致冒落冲击灾害,对井下人员与设备都会造成严重威胁,给矿山安全高效开采增加了困难。论文以庞家河金矿浅孔留矿法开采现状为研究对象,针对该采矿方法应用中存在的采空区冒落致灾问题,采用现场调研、理论分析、物理实验与数值模拟相结合的方法进行系统研究。根据现场结构面调查与点荷载强度试验结果,确定庞家河金矿矿体及近矿围岩的岩体基本质量指标,分别为438.66、353.25和442.37,属于中等稳定级别;基于Hoek-Brown强度准则,经过计算得到矿体及近矿围岩的岩体力学参数;针对矿山开采中存在的采空区冒落致灾问题,利用数值模拟对冒落过程进行分析,得到庞家河金矿采空区顶板冒落发展,主要是由于裂纹沿节理贯穿完整岩桥所致,冒落区以拉伸破坏为主,稳定区以剪切破坏为主,应力平衡拱的周期性形成与消散,是冒落呈现缓慢-快速交替进行的主要原因;构建了采空区顶板冒落力学模型,计算得到了采空区临界冒落跨度值约为10m;阐明了采空区冒落特征及其致灾机理,给出了冲击气浪速度估算值,及其安全距离的确定方法,安全距离确定为5m;通过数值模拟分析,确定了采场合理尾砂充填高度为30m,结合模糊数学优选模型,选定了崩落部分顶柱+全尾砂充填的方案治理采空区,并给出了顶柱崩落处理的方法;通过现场工业试验与成本分析,证实所选定的采空区治理方案充填效果良好,对单中段进行回采充填作业,成本控制较为理想。论文对采空区冒落致灾机理进行了分析,给出了崩充结合的采空区治理方法,并在庞家河金矿进行了现场工业试验。实践应用表明,该技术能够有效解决急倾斜中厚矿体在开采中遇到的采空区冒落致灾问题,可实现该类矿山的安全高效开采。
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