D0I:10.13374/i.issm1001053x.2003.05.028 Vol.25 No.5 第25卷第5期 北京科技大学学报 2003年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2003 内蒙古霍各气铜矿采空区稳定性分析与处理 刘占魁”刘宝许2”来兴平2” 1)包头钢铁学院资源系，包头0140102)北京科技人学上术环境工程学院，北京100083 摘要详尽论述了内蒙古霍各气铜矿的基本情况、工程地质环境条件、空区特征、空区稳定 性等影响因素，对空区分别运用理论和数值模拟的方法进行了分析和计算，并对两种计算方 法得出的空区稳定性安全系数进行了对比分析。根据得出的主要计算结果分析了空区的稳 定性，并结合工程实践提出了相应的处理措施和建议，成功地解决了霍各气铜矿由地下开采 转为露天开采时所遗留的空区问题，实践证明具有较高的实用性并产生了巨大的经济效益， 关键词采空区：稳定性：爆破振动：数值模拟：围岩稳定 分类号TD325 空区位于内蒙古自治区乌拉特后旗境内霍 基本相同，云母石英片岩主要分布在采场顶 各气铜矿，该矿一期工程采用地下开采，采矿方 底板. 法为分段空场法和分段巷道开采法，后来由于开 采规模扩大，二期工程上马改为露天开采，当时 2空区特性及稳定性分析 由于各种原因，采空区没来得及处理就闭坑停 2.1空区形态特征 产，马上转为露天开采，因而留下了两处空区，分 1号空区位于该矿79勘探线之间，空区标 别为1号空区和2号空区，上部进行露天开采，开 高从1932m水平到1975m水平.空场垂高约为 采工作就必然在采空区上部进行.由于露天开采 40m,宽20m,走向40m,空顶地表标高为2014m 需要各种大型机械和爆破作业，空区一旦塌落， 水平，也就是说顶高到地表约为40m高.2号空 就会造成人身、设备事故，甚至引起矿山停产，后 区位于该矿9~11勘探线之间，该空区由于采用巷 果将极为严重，因此需要进行空区稳定性分析和 道式开采，空区为一个分层互相重叠结构，每 处理设计， 个分段采高约为8m,巷道宽5~10m,最上层空区 1工程地质条件 从1986m水平到1992m水平，第二层空区从 1977m到1984m水平，第三层空区从1966m到 内蒙古霍各气铜矿地处巴盟乌拉特后旗境 1974m水平. 内，海拔2000m,铜矿储量较大，品位较富，矿区 2.2空区岩体、岩性特征 出露的地层均是晚元古界狼山群，狼山群可分为 1号空区上盘为二云母石英片岩，下盘为黑 3个岩组，9个岩段，其岩性主要是黑云母角闪长 云母石英片岩，上下盘之间为原生矿和氧化矿， 片麻岩、角闪斜长片岩、绿泥石片岩组成，矿区内 空顶的上部矿岩风化较重，下部的矿岩风化较弱 裂隙发育，张裂隙、走向裂隙、层间裂隙、节理、劈 并较稳固，无断裂破碎带.2号空区顶部矿岩风化 理屡见不鲜.采场内的岩石按工程地质性质可划 较强，矿岩极为破碎，巷道顶板稍加敲打就有掉 分为8个岩组，但以边坡体内出露的规模来看最 渣.2014水平以上的矿岩，不必爆破就能用4m 多为云母石英片岩组，其他岩组只有少量的出 的电铲铲装.岩石物理力学性质参数见表1. 露.云母石英片岩组里主要包括二云母石英片岩 2,3空区稳定性分析 和黑云母石英片岩，这两种岩性的工程力学性质 经实地现场勘查，空区不稳定因素主要来自 收稿日期2002-12-24刘占魁男，51岁，教授 以下几个方面： *内蒙古自然科学基金资助课题(No,蒙9903045) ()空区形态，空区长、宽、高尺寸比较大，空第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 初 及 乞 内蒙古霍各气铜矿采空 区稳定性分析与处理 刘 占魁 ” 刘 宝 许 ， 来兴 平 ” 包头 钢 铁 学 院 资源 系 ， 包 头 北 京 科 技大学 上 木 与环 境 工 程 学 院 ， 北 京 摘 要 详 尽 论 述 了 内蒙 古 霍各 气铜 矿 的基 本情况 、 工 程地 质 环 境 条件 、 空 区 特征 、 空 区 稳 定 性 等 影 响 因 素 ， 对 空 区 分 别 运 用理 论 和 数值 模拟 的方 法进 行 了分析 和 计 算 ， 并对 两 种 计 算方 法得 出 的 空 区 稳 定 性 安全系数 进行 了对 比 分析 根 据得 出 的主 要 计 算结 果 分 析 了空 区 的稳 定 性 ， 并 结合 工 程 实 践提 出 了相应 的 处 理措 施 和 建议 ， 成 功地 解 决 了 霍 各气铜 矿 由地 下开 采 转 为 露 天 开 采 时 所 遗 留的 空 区 问题 ， 实 践 证 明具 有 较 高 的 实用 性 并产 生 了 巨 大的 经 济效 益 关键 词 采 空 区 稳 定性 爆破振 动 数值模拟 围岩 稳 定 分 类号 空 区位 于 内蒙 古 自治 区 乌 拉 特 后 旗 境 内霍 各 气 铜 矿 ， 该矿 一 期 工 程 采 用 地 下 开 采 ， 采 矿 方 法 为 分段 空 场 法 和 分 段 巷 道 开采 法 后 来 由于 开 采 规 模 扩 大 ， 二 期 工 程 上 马 改 为露 天 开采 ， 当 时 由于 各 种 原 因 ， 采 空 区 没 来 得 及 处 理 就 闭坑 停 产 ， 马上 转 为露天 开采 ， 因 而 留下 了两 处 空 区 ， 分 别 为 号 空 区 和 号 空 区 上 部进 行 露 天 开采 ， 开 采 工 作就 必 然 在 采 空 区 上 部进 行 由于 露 天 开采 需要 各种 大 型机 械和 爆 破 作 业 ， 空 区 一 旦 塌 落 ， 就会 造 成 人 身 、 设 备 事故 ， 甚 至 引起 矿 山停产 ， 后 果将 极 为严 重 ， 因此 需要 进 行 空 区 稳 定性 分 析和 处 理 设 计 「， ， 基 本 相 同 ， 云 母 石 英 片 岩 主 要 分 布 在 采 场 顶 底 板 工 程 地 质 条件 内蒙 古 霍 各 气 铜 矿 地 处 巴 盟 乌 拉 特 后 旗 境 内 ， 海 拔 ， 铜 矿 储 量 较 大 ， 品位 较 富 矿 区 出露 的地 层 均 是 晚元 古界 狼 山群 ， 狼 山群 可 分为 个 岩 组 ， 个 岩 段 ， 其 岩 性 主 要 是 黑 云 母 角 闪长 片麻 岩 、 角 闪斜 长 片 岩 、 绿 泥 石 片 岩 组 成 矿 区 内 裂 隙发育 ， 张裂 隙 、 走 向裂 隙 、 层 间裂 隙 、 节 理 、 劈 理 屡 见 不鲜 采场 内的岩 石 按工 程 地 质 性 质 可划 分 为 个 岩 组 ， 但 以边 坡 体 内 出露 的规 模 来 看 最 多 为 云 母 石 英 片 岩 组 ， 其 他 岩 组 只 有 少 量 的 出 露 云 母 石 英 片 岩 组 里 主 要 包 括 二 云 母 石 英 片岩 和 黑 云 母 石 英 片岩 ， 这 两种 岩 性 的工 程 力学 性质 收 稿 日期 一 一 刘 占魁 男 ， 岁 ， 教授 内蒙古 自然科 学基 金 资助 课 题 蒙 ， 空 区特 性 及 稳 定 性 分 析 空 区形 态 特 征 号 空 区 位 于 该 矿 一 勘 探 线 之 间 ， 空 区 标 高 从 水平 到 水平 空场 垂 高约 为 ， 宽 ， 走 向 ， 空顶 地 表 标 高 为 水 平 ， 也就 是说顶 高 到 地 表 约 为 高 号 空 区位 于 该矿 一 勘 探 线之 间 ， 该 空 区 由于采用 巷 道 式 开 采 ， 空 区 为 一 个 分 层 互 相 重 叠 结 构 ， 每 个 分 段 采 高约 为 ， 巷 道 宽 一 ， 最 上 层 空 区 从 水 平 到 水 平 ， 第 二 层 空 区 从 到 水 平 ， 第 三 层 空 区 从 到 水 平 空 区岩 体 、 岩 性 特 征 号 空 区 上 盘 为 二 云 母 石 英 片岩 ， 下盘 为 黑 云 母 石 英 片 岩 ， 匕下 盘 之 间 为原 生矿 和 氧化 矿 ， 空 顶 的上 部矿 岩 风 化 较 重 ， 下部 的矿 岩 风 化较弱 并较稳 固 ， 无 断裂 破 碎 带 号 空 区顶 部矿 岩 风 化 较 强 ， 矿 岩 极 为破 碎 ， 巷 道 顶 板 稍 加 敲 打 就 有 掉 渣 水 平 以上 的矿 岩 ， 不 必 爆 破 就 能用 ， 的 电铲 铲 装 岩 石 物 理 力学 性 质 参 数 见 表 空 区稳 定 性 分 析 经 实 地 现 场 勘 查 ， 空 区 不 稳 定 因素 主要 来 自 以下 几 个 方 面 空 区 形 态 、 空 区 长 、 宽 、 高 尺 寸 比较 大 ， 空 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．05．028