深部矿床开采技术问题

俄罗斯的克里沃罗格铁矿区，已有捷尔任
斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深 度达910 m；开拓深度到1570 m；将来要 达到2000~2500 m。另外，加拿大、美国 、澳大利亚的一些有色金属矿山采深亦超 过1000 m。
2.深部开采的问题
深部开采存在高应力、高温和高井深的特殊 开采环境。并由此分别导致一系列的深井 灾害。
3）、岩体强度降低 随着矿井开采深度的加大，岩体强度明显
降低。围岩孔隙率增大，加上地质构造发育的 影响，导致巷道变形呈软岩特性。在围岩应力 作用下表现出显著的塑性和流变性。
4）、温度因素 高温会促使岩石从脆性向塑性转化，使围岩
产生塑性变形；巷道内水气增多，使围岩软化。
5）水的影响
随着采深的增加，岩石压力增大，当压 应力大于水分子的吸着力时，水就会被压力 从接触的矿物颗粒之间挤出，使得围岩中含 水增多，水分子可改变岩石内部颗粒间的表 面能，进而加快和加剧巷道的变形和破坏。 同时岩石遇水后普遍有软化现象，其强度降 低。
•
新汶孙村矿开采深度为1055m、
•
北京门头沟开采深度为1008m、
•
长广矿开采深度为1000m。
•
预计在未来20 年我国很多煤矿将进入到
•
1000～1500m 的深度
国外超千米深的金属矿山有80多座， 其中最多为南非。南非绝大多数金矿的 开采水平都在1000 m以上。其中， Anglogold有限公司的西部深水平金矿， 采矿深度达3700 m；WestDriefovten金 矿，矿体赋存在地下600 m，并一直延 伸至6000 m以下。印度的科拉尔金矿区 ，已有3座金矿采深超过2400 m，其中 钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段，总 深3260 m。
弹高 脆天 性然 岩应 体力
地下 开挖
周边岩体中应 力高度集中， 积聚于较高的 弹性应变能
当围岩中应力超过 岩体容许极限状态
• 岩爆
岩爆的产生条件
1)围岩应力条件 判断岩爆发生的应力条件有两种方法：
• 一是用洞壁的最大环向应力σθ与围岩单轴 抗压强度σc之比值作为岩爆产生的应力条 件；
• 一是用天然应力中的最大主应力σ1与岩块 单轴抗压强度σc之比进行判断。
影响岩爆的因素
1)地质构造 • 实践表明，岩爆大都发生在褶皱构造中。 • 岩爆与断层、节理构造也有密切的关系。调查表明，当掌
子面与断裂或节理走向平行时，将触发岩爆。 • 岩体中节理密度和张开度对岩爆也有明显的影响。据南非
金矿观测表明，节理间距小于40cm，且张开的岩体中，一 般不发生岩爆。掌子面岩体中有大量岩脉穿插时，也将发 生岩爆。 2)洞室埋深 • 随着洞室埋深增加，岩爆次数增多，强度也增大。发生岩 爆的临界深度H可按下式估算：
高应力
深部地压
变形地压
岩爆 （煤矿叫 冲击地压）
岩层移动， 采场垮落， 巷道底鼓， 片帮，冒顶， 断面收缩等
高温
作业环境困难等
三种因素导致的矿井灾害对矿山安全生产 带来严重的威胁，因此，克服深井灾害是深 部开采的前提条件。
二、深部岩层高应力作用机理及 其防治
1.深部岩层高应力作用机理
1）深度因素 随着采深增加，上覆岩层重量随之增大，
形成的支承压力较大，于是巷道围岩产生压 缩变形、剪切破坏等现象，使得顶板与两帮 变形，引起两帮围岩向巷道内移近。
2）构造应力显现加剧
对于深部巷道,构造水平应力一般均大于 应力。在构造应力集中带，由于构造应力的作 用，薄层页岩顶板一般沿层面滑移，厚层砂岩 顶板则以小角度或小断层产生剪切，从而失稳 冒落；在高水平应力作用下，巷道首先从支护 弱面即直接底板破坏，导致底鼓等。
1）变形地压剧烈
变形地压是因开挖产生的围岩位移所引起 的压力,深部高应力条件下,围岩具有产生大变 形的内外部条件,围岩的过量变形将产生微观 或宏观破裂、岩层移动、巷道底鼓、片帮、冒 顶、断面收缩、支架破坏、采场跨落等等。
2）岩爆频繁
岩爆是一种岩石动力学现象，它是围岩内聚集 的大量弹性变形能在一定诱因下突然释放而表现 出的一种形式。
按此定义，我国进入深部开采的金属矿山有：
红透山铜矿900～1100 m；
冬瓜山铜矿超1000 m两条竖井
弓长岭铁矿开拓深度距地表1000 m ；
夹皮沟金矿二道沟延深至1050 m；
•
沈阳采屯矿开采深度为1197 m、
•
开滦赵各庄矿开采深度为1159m、
•
徐州张小楼矿开采深度为1100m、
•
北票冠山矿开采深度为1059m、
• ，岩爆引起的围岩破坏区可以分弹射带、劈裂-剪 切带和劈裂带等三带。
• 综上所述，岩爆是地下工程中与地壳岩体内动力 作用有关的地质灾害，它不仅与岩体天然应力状 态密切相关，而且与岩体的力学属性有关。岩爆 的发生还受到地质构造、洞室埋深、形状、施工 方法及爆破震动等因素的影响。并可根据岩爆显 现的各种物理力学现象对岩爆进行预测预报，采 取相应的消除和控制措施，以减少其灾害损失。
2.深部巷道地压显现规律
由于高地压成构造应力的影响以及水，岩石 本身性质的影响，使得支护体中较为薄弱的空间出 现变形，支护体内的岩石松动、形成危岩，在围岩 继续变形的情况下，危岩范围不断增加、形成破碎 区、其向纵深发展，导致自承圈破坏，沿巷道面各 个方向的位移速度及量值各不相同，应力在分布平 衡过程中表现出压力大，持续时间长的特点，一次 支护遭到破坏后由于岩石的蠕变特点，又使得巷道 不断收缩变形，最终导致支护体失稳。
深部矿床开采技术问题
提纲
一
深部开采概述
二
深部岩层高应力作用
机理及其防治
三
深井高温防治措施
四
深井采矿新技术
一、深部开采灾害概述
1.深部开采的含义 矿山是否进入深部开采，有专家提议以岩 爆发生频率明显增加来界定，也有提议以岩石 应力达到某一高度值来界定，更多的人认为： 上述两种方法有较大的模糊性，主张进入深部 开采的界线约定煤矿为大于800~1000m、金 属矿1000-1200 m 以上。
岩爆形成机理和围岩破坏区分带
• 岩爆的孕育、发生和发展过程，分为三个阶段。 1)劈裂成板阶段（岩爆孕育） • 垂直洞壁方向受张应力作用而产生平行于最大环向应力的板状劈裂。 • 仅在洞壁表部，部分板裂
岩体脱离母岩而剥落，而 无岩块弹射出现。 2)剪切成块阶段(岩爆的酝酿) • 劈裂岩板向洞内弯曲，发生 张剪复合破坏。 • 处于爆裂弹射的临界状态。 3)块、片弹射阶段 • 劈裂、剪断岩板，产生响声 和震动。 • 岩块发生弹射，岩爆形成。