藏振華,余 旸
(新巴爾虎右旗榮達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021300)
礦山覆巖垮落高度其實(shí)就是指采空區(qū)覆巖破壞高度的一部分內(nèi)容,而覆蓋巖的脫落過程中會(huì)積攢一定的動(dòng)能,當(dāng)落地時(shí)會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)設(shè)備、工作人員以及工作環(huán)境造成一定的破壞,因此加強(qiáng)對(duì)垮落高度預(yù)測(cè)研究十分有必要。
所謂的量綱分析其實(shí)就是一種專用的數(shù)學(xué)模型,該種數(shù)學(xué)模型是基于物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上構(gòu)建而成的,充分的依托量綱齊次原則,然后在上述基礎(chǔ)之上對(duì)工程中涉及的各個(gè)物理參數(shù)進(jìn)行關(guān)系分析[1]。
現(xiàn)如今量綱分析法已經(jīng)在巖土工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)如今正在嘗試的應(yīng)用于金屬礦山覆巖垮落高度預(yù)測(cè)研究領(lǐng)域[2,3]。
不同的采礦工藝方法會(huì)對(duì)礦區(qū)采空區(qū)覆蓋巖產(chǎn)生不同程度的影響,尤其是覆巖破壞高度變化規(guī)律十分的難控制和測(cè)量,業(yè)內(nèi)經(jīng)常會(huì)采用充填采礦法來對(duì)其進(jìn)行有效處理,在某些特殊情況下也會(huì)采用崩落采礦法處理,但是由于該種方法會(huì)對(duì)巖層造成一定的破壞,因此實(shí)際采礦工程中應(yīng)用的比較少。
礦山的開采深度與構(gòu)造應(yīng)力之間存在著復(fù)雜的關(guān)系。通常情況下,伴隨著開采深度的持續(xù)增加,金屬礦山采空區(qū)覆巖所承受的自重力以及支撐力會(huì)越來越大,而且整個(gè)礦井的構(gòu)造應(yīng)力分布情況也越來越復(fù)雜,而上述結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布情況與整個(gè)礦井覆巖破壞情況以及破壞規(guī)律之間存在著密切的關(guān)聯(lián)性。
大量工程實(shí)例數(shù)據(jù)表明,采空區(qū)的尺寸與采空區(qū)覆巖破壞情況之間也存在著密切的關(guān)系,采空區(qū)的尺寸與上覆巖體破壞的高度和冒落發(fā)生系數(shù)之間存在正相關(guān)關(guān)系,通常情況下,覆巖破壞區(qū)的塑性區(qū)高度會(huì)隨著采空區(qū)工作面最小長(zhǎng)度的增加而增加。
覆巖的基本特性也是影響其穩(wěn)定性的重要指標(biāo)之一,而且通常巖層的硬度值越高其穩(wěn)定性越優(yōu)良,而巖層的物理性能一般情況下與其自身的基本特性有關(guān),但是在巖石發(fā)生碎裂之后會(huì)對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行一定的填充,所以這也會(huì)在一定程度上阻止整個(gè)巖體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步破壞。
金屬礦山覆巖的斷層結(jié)構(gòu)也是影響覆巖的重要影響因素,在日常的開采工作過程中,不可避免的會(huì)產(chǎn)生一系列的斷裂坍塌,這些開采病害會(huì)延伸至地表,進(jìn)而形成塌陷坑。若斷層的寬度較小,則裂縫會(huì)在后續(xù)的過程中逐漸的進(jìn)行膠結(jié),那么自然也就不會(huì)對(duì)覆巖造成傷害,反之則會(huì)滋生一系列的斷面滑動(dòng)病害。
通過對(duì)工程實(shí)際進(jìn)行分析得知,時(shí)間效應(yīng)也會(huì)對(duì)金屬礦山采空區(qū)覆巖破壞高度造成一定的影響,而且對(duì)邊界上覆巖破壞規(guī)律進(jìn)行分析研究的過程中,黏彈塑性分析過程中的時(shí)間值輸入也再次驗(yàn)證這一觀點(diǎn)。
根據(jù)量綱分析模型分析計(jì)算的得出的關(guān)系公式:
其中H為巖體垮落高度,d為礦體的厚度,σ為構(gòu)造應(yīng)力值,S為采空區(qū)尺寸,γ表示巖石的重度值,K表示巖石的松散系數(shù),f表示覆巖的硬度系數(shù)值,下文將結(jié)合工程實(shí)例進(jìn)行真實(shí)分析驗(yàn)證。
選取了安徽某金屬礦作為研究對(duì)象,然后根據(jù)實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)算分析。經(jīng)調(diào)查得知,礦內(nèi)的主要貯藏礦種以金和硫?yàn)橹?,礦床主要呈現(xiàn)出兩個(gè)大的礦體,礦體走向均呈60°左右,傾斜角在15°~20°之間,礦藏的基本厚度在6m~8.5m范圍之內(nèi),平均值在7.2m左右,平均標(biāo)高值基本在180m左右浮動(dòng),礦體主要以花崗巖和硅質(zhì)巖為主,因此覆巖的硬度系數(shù)值選取15~17左右。在工程的實(shí)際開采過程中地下-500m處的采空區(qū)高度約為6.5m,通過實(shí)際測(cè)量分析采空面積約為412㎡左右,通過計(jì)算得出金礦覆巖垮落高度值大概為6.3m~6.5m之間。
通過查閱上述研究對(duì)象的工程實(shí)際數(shù)據(jù)得知,該金屬礦的實(shí)際測(cè)值為6.87m,通過就該案例的量綱分析方法計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行分析測(cè)算的金礦覆巖垮落高度值誤差值大約在5%~8%左右,雖然數(shù)據(jù)不是精準(zhǔn)無誤,但是其卻能夠應(yīng)用于金屬礦山采空區(qū)覆巖垮落高度的計(jì)算分析,對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有一定的參考借鑒價(jià)值。
綜上所述,無論是出于確保我國(guó)采礦行業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展,還是出于采礦行業(yè)的安全運(yùn)營(yíng)考慮,加強(qiáng)對(duì)金屬礦山采空區(qū)覆巖垮落高度測(cè)量的精準(zhǔn)性分析研究都十分有必要。希望本文能夠更好的為我國(guó)礦業(yè)行業(yè)服務(wù),最終有效的提升我國(guó)的量綱分析以及礦產(chǎn)開采技術(shù)水平。