采矿环境再造技术与复杂难采矿体的开采

不同气候条件人体热感觉和对人体健康的影响
风温，℃ 2128 2829
2930 >30
相对湿度，% 96 97 97 97 97 97 97 97 95 96 95 95
风速，m/s <0.5
0.52.0 2.02.5
<1.0 1.02.0 2.03.0
>3 <1.5 1.53.0 3.04.0 >4.0 >4.0
地应力具有明显的三带性特点, 即卸荷带、应力 集中带及正常地应力带。
高地应力地区和低地应力的地质标志
高地应力地区地质标志
低地应力地质标志
围岩产生岩爆\剥离
围岩松动\塌方\掉块
收敛变形大
围岩渗水
软弱夹层挤出
节理面内有夹泥
饼状岩心 水下开采无渗水
岩脉内岩块松动,强风化
断层或节理面内有次生矿物 呈晶蔟、孔洞等。
隔水体也有三种类型：（1）块状隔水体；（2） 夹层或带状隔水体；（3）层状隔水体。
含水层改造与隔水层加固
含水层改造与隔水层加固技术是20世纪80 年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。
当充水含水层富水性强且水头压力高，需 采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水 费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理 时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治 水方法实属上策。
地应力改造原理
a-降低σ3得到的莫尔圆;b-降低σ1得到的莫尔圆
提高作用于采矿工程上围岩应力的技术措施
切缝后洞壁切向应力变化
地下水的作用也有两个, 一是改变岩体的物理力学 性质; 二是构成岩体的环境应力: 静水压力和动水 压力。
地下水活动通道的透水体有三种类型:①孔隙透水 体(层),②裂隙透水体(层)(包括块状裂隙透水体、层 状裂隙透水体、脉状裂隙透水体）,③管道透水体。
矿内高温、高湿环境严重影响井下作业人员的身体 健康和生产效率，已造成灾害——热害。矿井热害 最终将成为制约矿物开采深度的决定性因素。
高温高湿气候对矿工的影响是多方面的。恶劣的 气候条件会降低人的体力和脑力，严重时会损伤人 身的健康，甚至危及生命。
人体处在热环境时，血管舒张，血流量增多， 由血液带到皮肤的热量增多，皮肤的温度升高，从 而增大了与环境的对流和辐射换热。
矿工感觉 闷热 热 稍热 闷热 热 稍热 凉爽 闷热 热 稍热 凉爽 热
有效温度（℃） 4240 35 32 30 25 20 15
热感觉 很热
热 稍热 暖和 舒适 凉快
冷
生理学作用
肌体反应
强烈的热效应力影响出汗和 面临极大的热危害，妨害心脏血
血液循环
管的血液循环
随着劳动强度增加，出汗量 迅速增加
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再造对象
岩体材料 岩体结构
地应力 地下水
再造目的
强化 弱化 强化 弱化
强化
弱化 强化 弱化
再造机理及原则 再造方法和技术
增加胶结
灌浆
削弱联结
注水弱化\注酸分解
增加结构完整性
锚固\灌浆\喷射混 凝土
破坏结构完整性
水压致裂\爆破致裂
提高σ1
预应力锚固,支护
降低或者转移σ1
狭义的“采矿环境再 造”的含义是: 以矿 床赋存环境做建筑环 境, 通过一定的技术 手段, 改造矿体赋存 的地质环境, 改善矿 床开采的技术条件, 以满足安全高效采矿 的需要。
广义的“采矿环境 再造”, 还包括矿 山环境修复，以及 地下采空区的利用。
采矿环境
活动断层
地应力 地下水
矿体
围岩
温度场
地应力的力学效应 地应力由低到高
0-300m
300-800m
采矿深度
大于800-1000m
地应力场
地应力场 渗流场
高应力场 渗流场 温度场
复杂难采矿体也有逐渐增多的趋势
三、采矿环境再造的内涵
安全
高效
采矿技术发展目标
高回收率
低成本
复杂难采矿体开采必须寻求一条新的多 学科交叉融合的非传统采矿技术!
传统采矿方法分类的反思
采矿环境再造
水害严重，排水费用大幅度提高。
采场结构参数及开采技术指标问题。由于该 类型矿体开采工程地质环境较差,在采场布置 方式、采场参数选择上较为困难,致使矿石开 采技术指标较差;并可能由此而造成矿山地质 灾害事故的发生。
资源利用效果不理想。由于目前该类矿体开 采没有较为成熟、可行的技术,开采时造成了 大量的矿产资源浪费,而且该类矿体一旦进行 了开采并造成资源丢弃后,基本上无法再进行 回收,其资源的损失将是永久性的。
心脏负担加重，水盐代谢加快
随着劳动强度的增加出汗量 增加
心跳增加，稍有
以出汗方式进行正常的体温 调节
没有明显的不适感
靠肌肉的血液循环来调节
正常
利用衣服加强显热散热和调 节作用
正常
鼻子和手的血管收缩
黏膜、皮肤干燥
10
很冷
肌肉疼痛，妨碍表皮血液循环
热环境对井下生产效率的影响
洞壁切缝\打钻孔等
维持初始地应力
预埋锚杆
降低地应力
地应力解除
降低岩体中的含水量 疏干\排水
增加岩体中的含水量 注水
随着矿井开采深度逐渐增加，综合机械化程度不断 提高，地热和井下设备向井下空气散发的热量显著 增加。
地处温泉地带的矿井，由于从岩石裂隙中涌出的热 水或与热水接触的高温围岩放热，也都能使矿内气 温升高，湿度增大。
残留矿体((民采残留和境界外矿体等)。
二、复杂难采矿床开采存在的问题
开采方法问题。由于该类矿床赋存条件复杂,矿 体开采受多种因素限制,边界条件多,可供选择的 采矿方法受到限制,采矿效果较差。
地压灾害问题。该类矿体的地压环境一般比较复 杂,采场地压、区域地压等变化强烈,经常发生局 部或区域性的地压灾害,致使岩层控制及采空区 处理困难,甚至某些矿山因大规模的地压活动影 响地表建构筑物的安全。
地应力既可以改变岩体的力学性质, 又可以改变 岩体的稳定性。在矿体回采过程中, 由于改变了 岩体的应力状态, 常引起采场产生变形和破坏。
为了保持采矿工程的稳定性, 常常采用支护措施 防止产生变形和破坏, 其主要机理就是改变开挖 后的应力状态,使之尽量减少原始应力状态的破坏, 减少主应力差, 提高岩体的稳定性。
采矿环境再造技术与复杂难采 矿体开采
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要内容
复杂难采矿体的类型 复杂难采矿体的开采问题 采矿环境再造的内涵 采矿环境再造技术体系 复杂难采矿体开采应用实例
一、复杂难采矿体的主要类型
“三下”矿体(厚大第四系岩层、流沙含水层 和大水矿床等)；
矿岩松软破碎及其他工程地质环境复杂矿 体；