深埋硬岩矿床岩爆控制研究

第22卷 第7期

岩石力学与工程学报 22(7)：1067～1071

2003年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2003

2001年10月22日收到初稿，2001年12月29日收到修改稿。 * 国家九五科技攻关课题资助项目(96-116-01-01-02)。

作者 唐礼忠 简介：男，39岁，现为博士研究生、中南大学教授，主要从事岩石力学室内试验和工程监测等方面的研究工作。

深埋硬岩矿床岩爆控制研究*

唐礼忠 潘长良 谢学斌

(中南大学岩土力学与工程研究所 长沙 410083)

摘要 冬瓜山铜矿是我国开采的首家有岩爆倾向的深埋硬岩金属矿山，对此开展了岩爆控制研究。应用该矿床典型岩石的变形全过程试验及峰值荷载变形条件下的松弛试验等室内试验结果和现场岩爆调查资料，分析了该矿矿岩的岩爆倾向性和井巷岩爆特性，从岩爆控制角度，采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标，对采场结构参数、开采步骤等进行了优化。在此基础上，提出该矿床开采采用控制能量释放、减少能量储存、合理支护和进行岩爆监测等岩爆控制的原则和措施。

关键词 采矿工程，深埋金属矿床，坚硬岩石，岩爆控制，特性，优化

分类号 TD 231.1 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)07-1067-05

STUDY ON ROCKBURST CONTROL IN DEEP-SEATED

HARD ORE DEPOSIT

Tang Lizhong ，Pan Changliang ，Xie Xuebin

(Institute of Geomechanics and Engineering ，Central South University ， Changsha 410083 China )

Abstract Dongguashan Copper Mine is the first rockburst-prone deep-seated metal ore deposit in China where rockburst control study has been performed. The rockburst proneness of typical rocks of the deposit and the properties of rockbursts of the workings at the mine are analyzed with the results of laboratory tests ，namely ，tension tests ，complete stress-strain tests and tests of stress relaxation under the deformation at peak load ，and in-situ rockburst information recorded during the drifting of the development workings. The stope structure parameters and mining steps of the deposit are optimized with numerical simulation method based on energy release rates in order to control rockbursts of stope. On the basis of this study ，the principles and measures of rockburst control in the course of the mining in the mine ，that is ，control of energy release ，reduction of energy storage ，rational support and rockburst monitoring ，are provided and discussed.

Key words mining engineering ，deep metal ore deposit ，hard rock ，rockburst control ，property ，optimization

1 前 言

冬瓜山铜矿是铜陵有色金属公司狮子山铜矿的

深部矿床，也是我国首家有岩爆倾向的深埋硬岩金属矿山，为了该矿的安全开采以及为我国今后深井矿床开采提供理论和经验，国家科委在九五期间立项对该矿山开采进行研究，其中，岩爆控制研究是

其主要研究内容之一。该研究主要内容是：首先，对该矿床典型矿岩的岩爆倾向性进行分析，对井巷已发生的岩爆进行调查，结合试验结果，分析井巷

岩爆特性；然后，采用数值方法对采矿工艺参数进行优化分析，在此基础上，提出岩爆的控制原则和防治措施。研究成果已用于防治该矿井巷岩爆，避免了井巷掘进中岩爆的危害，同时，研究结果为该矿采矿设计提供了理论依据，起到了重要的指导作

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用。

2 矿床地质条件

冬瓜山铜矿床所处大地构造为淮阳山字型构造前弧东翼、扬子准地台东北部下扬子台坳的繁昌—贵池断褶束的东部、不同构造体系的复合交接部位。主要矿体——I 号矿体位于青山背斜的轴部，标高为－680～－1 000 m ，大部分埋于－730 m 以下，矿体走向35°，长1 820 m ，水平投影宽度204～882 m ，厚30～50 m ，矿体中部厚度大，沿两翼及走向向外逐渐变薄并尖灭。该矿体严格受层位控制，以似层状产出，产状与围岩基本一致，与背斜形态相吻合(见图1)。矿体倾向随围岩产状分别向NW 和SE 倾斜，倾角约20°。矿体主要含铜矽卡岩、铜黄铁矿、铜磁黄铁矿、铜蛇纹石等。矿体底盘围岩为石炭系下统高丽山组的石英闪长岩，以砂岩和粉砂岩为主，其次为闪长岩和矽卡岩。矿体顶板以大理岩为主，其次为矽卡岩，再次为闪长玢岩。矿体的顶、底盘岩体节理裂隙不发育、强度高、无水溶现象。矿区原岩应力主方向近水平，与矿体走向一致，以构造应力为主，且原岩应力很高，如－730 m 水平的原岩应力为：=1σ34.33 MPa ，=2σ16.47 MPa ，=3σ 13.84 MPa ，其倾角分别为=1α 6.37°，=2α44.30°，

=3α－44.90°，正号表示应力方向向下倾斜，负号

表示应力方向向上倾斜。

1—石炭系石英闪长岩 2—矽卡岩 3—矿体 4—黄龙组大理岩 5—栖霞组大理岩 6—孤峰组硅质灰岩和石榴子石矽卡岩 7—龙潭组粘土页岩和粉砂岩 8—大龙组硅质页岩和泥质硅质灰岩 9—殷坑组角岩夹大理岩和矽卡岩 10—闪长玢岩

图1 冬瓜山铜矿床典型剖面图(58线)

Fig.1 Typical profile of Dongguasan ore deposit(58th

exploration line)

3 矿岩岩爆倾向性评价

3.1 岩爆倾向性

对从岩爆发生断面上所采取的岩块和地质钻探岩芯进行了劈裂拉伸和单轴压缩条件下的荷载-变形全过程试验。试样包括该矿含矿岩石和上下盘围岩中的6种典型矿岩，即大理岩、矽卡岩、石榴子石矽卡岩、闪长玢岩、石英砂岩和粉砂岩，采用能量储耗指数k 作为岩爆倾向性指标[1]。

岩石的抗压强度c σ、

抗拉强度t σ和能量储耗指数k 都列于表1。由表1可见，岩石的抗压强度及其与抗拉强度的比值都非常高，说明这些岩石坚硬、脆性大。按k 的大小，岩爆倾向性大小排序为：闪长玢岩、石英砂岩、粉砂岩、石榴子石矽卡岩、矽卡岩和大理岩。其中，矽卡岩、石榴子石矽卡岩和粉砂岩具有中等岩爆倾向，大理岩处于无岩爆倾向与中等岩爆倾向的范围，闪长玢岩和石英砂岩具有强岩爆倾向。可见，矿体和底板岩石都具有岩爆倾向性，矿体顶板因闪长玢岩分布很少，对顶板的岩爆倾向性影响很小，其岩爆倾向性不强，处于无岩爆倾向和中等岩爆倾向的范围。

表1 矿岩的抗压强度和抗拉强度及能量储耗系数 Table 1 Uniaxial compressive strength σc ，tensile strength

σt ，and energy accumulation-dissipation index k of

typical rocks

岩性 σt / MPa σc / MPa k 大理岩 6.8 78.30 20.1 粉砂岩 22.6 171.30 78.0 石榴子石矽卡岩13.0 128.60 68.0 矽卡岩 16.4 132.20 44.0 闪长玢岩 20.9 304.20 210.0 石英砂岩

17.7

237.20

134.0

3.2 岩爆倾向性属性

在荷载达峰值变形状态下进行了岩石的应力松弛试验。试验是在Instron 电液伺服试验机上进行的。

根据岩石的变形-荷载曲线，当荷载达到峰值时改变控制模式，使变形保持不变，同时x -y 函数记录仪改为时间-荷载坐标。试验结果发现松弛曲线可划分为两种不同的形式，如图2所示。一种情况是几乎不产生松弛过程，岩石试件全部崩裂无存，如图2(a)，说明这种岩石内部所储存的弹性变形能足以引起岩石发生猛烈的破坏，笔者定义这种岩石具有本源性