摘 要

湖北省三鑫金铜矿地下矿体的开采深度在逐渐加深，保安矿柱规模也越来越大。为减小保安矿柱的压矿量，本文以桃花嘴矿区主、副井为主要研究对象，分析矿体充填开采对其造成的采动影响，合理圈定保安矿柱。

根据竖井井筒保护等级确定安全距离20m。依照矿区岩层性质、开采方法等确定岩移角为60°。通过查阅相关资料，确定保安矿柱压矿问题较严重中段为-570m中段。充填法开采下，采空区的等效采厚为5m。矿区充填开采产生的导水带高度为67m，由此得出-570m中段矿体开采导水带向上延深至-453m水平。求解计算安全开采临界深度为-410.4m。矿体开采中段位于安全开采临界深度以下，对地表的采动可忽略不计。通过建模模拟-470m、-520m中段矿体充填开采确定该中段矿体开采并未造成井筒破坏。井筒周边围岩即可充作保安矿柱，井筒变形主要高度为-450m水平。求定保安矿柱合理起始高度为-450m水平，合理圈定保安矿柱。

对比传统法保安矿柱，重新圈定的保安矿柱，在不同中段的矿柱半径与矿柱面积明显较小，可以在保证竖井井筒安全的前提下有效减小保安矿柱规模，减少压矿量，提高对矿产资源的开发利用能力，增加矿山企业的生产效益。

关键词：地下开采；安全深度；竖井；保安矿柱；采动变形

Abstract

The mining depth of the underground orebody of the Sanxin Gold and Copper Mine in Hubei Province is gradually deepening, and the size of the shaft pillar is also increasing. In order to reduce the amount of retained ore pillars, this article takes the main and auxiliary wells in the Taohuazui mining area as the main research object, analyzes the influence of the mining and filling of the ore body on the mining, and reasonably determines the shaft pillar.

According to the shaft wellbore protection level, the safety distance is determined to be 20m. According to the nature of the rock in the mining area, the mining method, etc., it is determined that the rock shift angle is 60°. By consulting the relevant data, it was determined that the middle section with the security pillar retained problem was a mid-meter-570m. Under the filling method mining, the equivalent mining thickness of the gob area is 5m. The height of the fracture zone produced by the mining area is 67m, which results in the fracture zone extending from the mining of the mid-570m orebody to an upward extension of -453m. The critical depth of safe mining results in -410.4m. The middle section of the ore body is located below the critical depth of safe mining, so the mining induced surface subsidence of the surface is negligible. Through modelling and simulation of the ore body filling in the mid-section of -470m and -520m, it was determined that the mining of the mid-section ore body did not cause damage to the wellbore. The surrounding rock of the wellbore can be used as the shaft pillar. The main height of the wellbore deformation point is -450m level. The reasonable starting height of the security pillar is determined to be -450m level, then reasonably delineated the safety pillar.

Compared with the traditional shaft pillars, the re-delineated shaft pillars are significantly smaller in the radius and pillar area of pillars in different middle sections. It can effectively reduce the scale of shaft pillars, reduce the amount of pressure minerals, increase the exploitation and utilization of mineral resources, and increase the production efficiency of mining enterprises.

Key Words: Underground mining；Security depth、Shaft；Shaft pillar；Mining induced subsidence

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.2.1 开采沉陷 3

1.2.2 保安矿柱圈定 3

1.3 研究技术路线 4

1.4 本章小结 6

第2章 矿区地质条件与开采现状 7

2.1 矿区地质 7

2.1.1 区域自然地理条件 7

2.1.2 矿区地质条件 7

2.1.3 矿区岩体力学条件 8

2.2 开采现状 9

2.2.1 开拓系统 9

2.2.2 采矿方法 10

2.2.3 充填工艺 10

2.3 本章小结 10

第3章 保安矿柱圈定要素 12

3.1 安全距离 12

3.1.1 地表移动带 12

3.1.2 建筑物保护等级 12

3.2 岩移角 13

3.2.1 岩移角概念 13

3.2.2 确定岩移角 14

3.3 本章小结 16

第4章 安全深度 17

4.1 等效采厚 17

4.1.1 顶底板岩移 17

4.1.2 等效采高 18

4.2 三带高度 19

4.2.1 三带高度概念 19

4.2.2 三带高度计算方法 20

4.3 地表沉陷预计 21

4.3.1 概率积分法预计公式 21

4.3.2 参数取值 22

4.3.3 安全开采临界深度 23

4.4 本章小结 23

第5章 当前中段矿柱圈定 25

5.1 模型建模 25

5.1.1 材料岩石力学参数 25

5.1.2 模型区域 26

5.1.3 软件建模 26

5.2 模拟求解 27

5.2.1 初始应力求解 27

5.2.2 -470m中段矿柱圈定 29

5.2.3 -520m中段矿柱圈定 33

5.2.4 模拟结果 36

5.3 保安矿柱圈定 36

5.3.1 保安矿柱起始位置 36

5.3.2 圈定保安矿柱 37

5.4 本章小结 38

第6章 结论与展望 39

6.1 结论 39

6.2 展望 39

参考文献 40

致谢 41

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

万丈高楼平地起，矿业作为国民经济的基础产业，其在社会发展过程中的地位也是越来越重要。矿产资源是经济社会发展的重要资源之一。现代化建设的顺利进行要求合理开发利用矿产资源，提高供应能力，促进社会各行各业的全面协调可持续发展。

在社会飞跃发展的同时，各产业对矿产资源的需求量愈来愈大。然而矿产资源不是一朝一夕便可以形成的，是需要经过几百万年甚至几亿年的地质变化及各种成矿作用才能形成的自然资源，属于非可再生资源。地球上矿产资源的总量是不变的，在人类文明发展以来，便对矿产资源进行发掘利用，地表的矿产资源总量在不断地变少。为了保证资源的供给能力，矿山建设的规模也越来越大。伴随技术条件及相关因素不断进步，国内外矿山逐步开始由浅部开采向深部开采过渡^[1]。

竖井在矿体开采过程中，作为联通地表与井下的主要通道，在各种建构筑物中尤为重要。其功能主要包括矿石废石出矿、矿山开采机械、生产材料的提升运输，行人、通风排水、铺设管线等。对于大部分地下矿山的情况而言，竖井都是永久性工程，竖井开拓属于矿山基建工作之一。直到地下矿山开采完毕最后闭坑不再使用竖井，其服务年限贯穿整个矿山的生命周期。若想保证整个矿山的各项工作正常运行，首先必须保证竖井的稳定性。然而作为沟通地表与井下的主要通道，竖井穿过的地层错综复杂，各地层的产状、岩性、厚度等均不相同，存在的断层、采动、高地压等不良地质因素皆在影响其安全，使其在一定程度上产生破坏。

地下矿产资源的生产开采，必然会影响开采地层周边岩体的受力状态，产生二次应力，导致矿床周边的岩层产生一定的采动，改变竖井原有的状态，达到一定程度时还可能导致竖井损毁。为确保竖井的稳定性，消除由于物：竖井的不安全状态而可能导致的危险，国内外的专家学者、矿山生产的技术人员、一线生产人员皆在研究讨论方案措施。在国内，矿山主要采取的措施是为保护对象竖井留设保安矿柱以保护竖井的稳定。为保护矿山的建、构筑物，通过研究矿区地质条件，分析岩体的移动变形规律，建、构筑物的保护等级、岩移角等留设保安矿柱。通过保留圈定的保安矿柱范围内的岩体不进行开采活动以控制矿体开采造成的采动、二次应力场对竖井的影响。矿山使用留设保安矿柱这种方法可以简单有效地保护竖井的安全稳定，并取得了较好的效益，为矿山工作的正常运行做出了较大的贡献。

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