论文摘要
随着我国金属矿山逐步进入深部开采,岩爆危害愈发变得突出,其防治问题己成为急需解决的重大技术难题。为此,本文结合二道沟金矿的深部开采条件,研究岩爆发生的机理,并由此探寻岩爆预防措施与控制技术,以此保障矿山深部开采的安全生产。二道沟金矿是国内典型的受岩爆困扰矿山之一,该矿为急倾斜极薄矿脉,应用浅孔留矿法与削壁充填法开采,随采深增加,岩爆现象越来越严重,目前生产中段已有多个采场因岩爆而被迫中途停采,岩爆采场的频繁出现,严重影响了矿山生产的正常进行。为解决采场岩爆问题,本文开展了如下七个方面的研究工作：(1)统计分析了岩爆采场在矿床中的位置以及岩爆发生部位的矿岩条件,查明岩爆均发生于受上盘楔形体作用的采场,且发生在围岩硬度与完整性急剧变化的部位；由发生的部位、岩性条件及工作面状态,总结出采场岩爆发生的三大必要条件,即高应力作用条件、围岩高应变能储蓄条件和高应变能的突然释放条件。(2)采用巷道变形监测方法,实测了采场回采过程中其下穿脉巷道的变形过程,得出了采动压力分布曲线,并据此分析得出引起采场岩爆的高应力主要为垂直应力,该垂直高应力主要来自上盘楔形体的附加力。(3)结合岩爆采场的实际条件,运用力学分析方法,建立了上盘楔形体力学模型与采场围岩压板失稳模型,揭示了采场岩爆的形成过程与主要特性。(4)应用岩爆倾向性理论,构建了适合二道沟金矿岩爆倾向性综合判据的指标体系,同时采用数值模拟的方法,对矿山初始岩爆采场进行了模拟分析,得到了临界指标值,并展示了岩爆发生的过程与规律。(5)本着控制与转化岩爆发生必要条件的原则,提出了采场岩爆的防治方法,即采用卸压和采空区充填的技术消除或减弱上盘楔形体在采场顶部产生的高应力作用；采用钻孔和锚杆支护的方法,改善围岩高应变能储蓄和突然释放的条件,两者有机结合,形成适合于二道沟金矿各类岩爆倾向性采场的岩爆防治体系。(6)结合矿体条件,讨论了卸压防治岩爆的工艺与方法,并给出了卸压工程尺寸的优化方法。(7)应用以上研究成果,设计并实施了1511岩爆采场的卸压回采试验方案,试验结果表明,卸压对岩爆的防治效果显著。对于卸压不充分的部位,还需要采取钻孔卸压和弱化围岩的措施,预期能够顺利完成整个试验采场的回采。分析表明,本文提出的消除采场顶部高应力、弱化岩体与控制应变能突然释放相结合的采场岩爆综合防治技术,能够高度适应二道沟金矿的矿岩条件,可有效控制采场岩爆的发生。本文结合实际矿山总结的岩爆发生条件与防治方法,为我国金属矿山深部开采的岩爆防治提供了新途径。