光应力计监测采空区稳定性在遂昌金矿的应用.pdf

第5 6 卷第3 期 2004 年8 月 有色金属 N m f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 6 ，N o ．3 A u g u s t200 4 光应力计监测采空区稳定性在遂昌金矿的应用 郭建平 浙江省遂昌金矿有限公司，浙江遂昌3 2 3 3 0 4 摘 要采用光应力计监测遂昌金矿4 2 0 及以上中段矿柱与围岩的二次应力变化，建立采空区稳定性长期观测网点，以指导 矿柱的回收及空区处理。根据监测结果。将采空区稳定性划分为3 个等级，目前已安全回收矿柱近5 万t ，延长了矿山服务年限， 取得了良好的经济和社会效益。 关键词采矿工程；稳定性监测；光应力计；采空区；二次应力 中图分类号T D 3 2 6 ；T D 8 6 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 4 0 3 0 1 1 5 0 3 遂昌金矿始建于1 9 7 6 年7 月，经过2 0 多年的 开采，4 2 0 及以上中段留下大量残留矿柱和未经处 理空区。截止1 9 9 6 年底，残留矿柱矿量约6 ．8 万t ， 含金约6 0 0 k g 、银约1 0 t ，残留空区体积约3 3 万r n 3 。 为了充分回收矿产资源、延长矿山服务年限，采用光 应力计监测矿柱和围岩二次应力变化，建立采空区 稳定性的长期观测网点，以指导矿柱的回收和采空 区处理。 1二次应力观测与计算 1 ．1 光应力计及安装与观测 监测使用R 一5 0 型光应力计，主要传感元件是 玻璃测片。测片是一个带轴向中心圆孔的扁圆柱 体，外径为5 0 m m ，内径 中心圆孔 2 0 m m i 厚度 2 0 r a m 。测片的一面上镀反射层，其后粘一厚2 r a m 的玻璃片，以保护反射层。为便于安装，在玻璃片后 粘结一木锥陀，组装结构如图1 所示。 1 一石蜡；2 一测片；3 一反射镀层；4 一冷凝剂；5 一护片；6 一木锥陀 图1 光应力计组装结构示意 F i g ．1 S t r e s s m e t e ra s s e m b l ya n ds t r u c t u r e 收稿日期2 0 0 3 0 4 1 6 作者简介郭建平 1 9 7 0 一 ，男，江西赣州市人，工程师，主要从事 矿山地下开采工程研究。 在4 6 0 ，5 0 0 和5 4 0 m 三个中段的采空区和矿柱 较集中地段，分别布置了8 6 个光应力计测点，在距 空区较远的穿脉和沿脉巷道也布置了部分测点，覆 盖不同的工程地质区域及主要矿岩体。 观测孔深1 ．5 ～2 ．．5 m ，孔径6 0 r a m 。安装时，先 在孔底注入水泥砂浆，然后将组装好的光应力计用 安装杆送入观测孔，待水泥砂浆胶结层固化后即可 采用矿山一2 型手持反射式光弹仪进行观测。现场 观测记录的内容包括 1 根据条纹图形的对称轴并 结合条纹图中两个各向同性点位置确定岩体应力P 和q 的方向； 2 按照色序对照表读取条纹级数，特 别是最高条纹级数； 3 依据光应力计条纹图册确 定p ／q 的值； 4 对图形的形状、应力计清晰度及受 损情况进行描绘、说明。 1 ．2 ’二次应力计算 P A ，B 一条纹图对称轴与中心圆孔交点 图2 光应力计受力示意 F i g ．2 S c h e m eo fs t r e s s m e t e rl o a d 光应力计是一个具有双折射特性的带有轴向圆 孔的弹性玻璃圆柱体，将它埋设到岩体钻孔内，可视 为无限大岩石平板中嵌入一个同心圆环的平面应力 万方数据 1 1 6有色金属 第5 6 卷 问题，如图2 所示。应用弹性力学公式及光测弹性 力学的应力光学定律，可以导出岩体应力值，见式 1 ～ 3 。 P [ ，z A ，l B ／K l 咒A 一咒B ／K 2 ] F 1 q [ ，l A I t B ／K 1 一 咒 一咒B ／K 2 ] F 2 P 4 F ，z ／[ K 1 K 2 i K l K 2 ／] 3 式中F 一应力计的光学条纹值；，z 一为条纹级 ’数；n A 和靠B 一光应力计上A 和B 两点条纹值；i P ／q ；K 1 和K 2 一两个岩体及应力计特性有关的系 数。 令X 1 E 1 卢 一E 1 1 卢 ，X 2 E 3 一 卢 E 1 1 户 ，X 3 E 1 p E l 3 一p ，X 4 E 3 一卢 一E l 3 一卢 ，贝HK l 4 R 2 E l ／{ E [ 1 R 2 1 一R 2 严1 ] 一E 1 1 一R 2 1 P } ，K 2 1 6 R 2 E 1 [ 3 R 2 2 X 1 R 6 X 2 ] ／{ [ 3 R 6 6 R 4 4 R 2 X 1 R 8 X 2 ] X 3 X 1 R 6 X 2 X 4 } 式 1 ～ 3 应同时使用，互为验证并近一步校 核i 值。 1 ．3 监测结果 光应力计埋设在片麻岩、石英岩、霏细岩等矿岩 体及混凝土矿柱中，其光学条纹值分别取试验试块 弹性模量与之相近的灰岩、硅化灰岩、花岗岩、混凝 土的率定条纹值。观测周期视各测点应力变化程度 而定，一般每半个月观测一次，应力变化微小的地 方，观测周期可增至一个月或更长的时间，应力变化 特别大的地方则缩短观测周期。表1 列出4 6 0 中段 部分测孔观测数据及计算出的部分测孔最大次主应 力值。 表1 部分测孔观测数据及最大次主应力值 T a b l e1P a r ts t a t i o nd a t aa n dm a x i m u mp r i n c i p a ls t r e s sv a l u e 2 采空区稳定性等级 根据监测结果，采用光应力计与采场、巷道围岩 稳定情况的实际观测结果对压力强弱与围岩稳定性 进行评价。用二次应力的最大次主应力及其年变化 率定量表示二次应力状态，研究它与围岩稳定性的 关系，采用模糊C 均值聚类分析方法，聚类中采用 欧氏距离作为二次应力状态相似程度的度量，经聚 类有效性检验将所有测点二次应力状态分为5 类， 聚类结果见表2 。 表2 聚类结果 T a b l e2C 1 u s t e rr e s u l t 由表2 可知1 类测点的应力变化率为负值，说 明测点围岩处于卸载区；2 类测点的应力变化最大 值只有0 ．5 4 M P a ，且最大次主应力为所有类别中最 小的，故将这两类测点所属区域定为稳定区；3 类和 4 类测点的应力变化及最大次主应力均小于5 类， 其中3 类聚类中心最大次主应力比1 类稍小，但应 力变化比1 类明显增大，4 类最大次主应力与5 类 最为接近，但应力变化明显小于5 类，实际上属于相 对高压区，这两类测点所属区域为稳定到不稳定的 过渡区；5 类测点的应力变化与最大次主应力比前4 类都大，所属区域为不稳定区。根据各测点聚类分 析的结果，将采空区稳定性划分为3 个等级，I 级为 不稳定区，Ⅱ级为过渡区，Ⅲ级为稳定区。 3结语 多年实践证明，采用光应力计监测二次应力变 化，将采空区划分为3 个等级是合理的，当测点二次 应力出现新变化时，只要计算二次应力状态与各类 一抛搠㈣堋猢懈如钙。删∞堋印 尼龙珥胆，忍心 胛j 。。筋m 裂l l 1 1 压 O ．， 尼龙月月●膳脂。巧卫1●●● 钙如钙o o ∞O 印饵彪忍朋脂眉心饵 o J o卫石石巧● 2 0 l l 0 O O 钙∞钙O o ∞如∞饵月心以脂眉脾忍石卫●●石卫石石 l 0 O O O O 钙∞ O 脂月 尼 M 筋。胛o o o o O 0 u”H坫“擂均加 万方数据 第3 期 郭建平光应力计监测采空区稳定性在遂昌金矿的应用 1 1 7 聚类中心的欧氏距离，就可以大致判断岩体稳定性 的发展趋势，对于矿柱回收及采空区处理具有很强 的指导意义。从1 9 9 7 年至2 0 0 2 年底，遂昌金矿在 参考文献 光应力计测点网的监测下已安全回收矿柱近5 万t ， 延长了矿山服务年限，取得了良好的经济和社会效 益。 [ 1 ] 高磊．矿山岩石力学[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 8 7 2 7 2 ． [ 2 ] 饶运章，何益民，高国庆，等．遂昌金矿残矿回采及空区处理研究报告[ R ] ．江西赣州南方冶金学院，2 0 0 1 、2 6 ． S t a b i l i t yM o n i t o r i n go fM i n e d - o u tA r e aw i t hP h o t o e l a s t i c S t r e s s m e t e ri nS u i c h a n gG o l dM i n e G u oJ i a n p i n g Z h e f i a n gS u i c h a n gG o l dM i n eC o ．L t d ，S u i c h a n g3 2 3 3 0 4 ，Z h e j i a n g ，C h i n a A b s t r a c t I no r d e rt od i r e c tt h er e m a i n e do r er e c o v e r yo fp i l l a r sa n dt r e a t m e n to ft h em i n e do u ta r e a ，t h es e c o n d a r y s t r e s sc h a n g eo fo r ep i l l a ra n dw a l lr o c ka t4 2 0a n da b o v el e v e l si nS u i c h a n gG o l dM i n eo fZ h e j i a n gP r o v i n c ei s m o n i t o r e db yp h o t o e l a s t i cs t r e s s m e t e r ，a n dt h el o n g t e r mm o n i t o r s i t ef o rs t a b i l i t yo fm i n e d o u ta r e ai se s t a b l i s h e d ．T h es t a b i l i t yo fm i n e da r e ai sd i v i d e di n t ot h r e eg r a d e sb a s e do nt h em o n i t o r i n gr e s u l t s ．A st h er e s u l t s ， 5 0 k to r e sf i l er e c o v e r e df r o mp i l l a r su n t i ln O W ，r e m a r k a b l yt h ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t sa r ea c h i e v e d ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；s t a b i l i t ym o n i t o r i n g ；p h o t o e l a s t i cs t r e s s m e t e r ；m i n e d o u ta r e a ；s e c o n d a r y s t r e s s 上接第1 1 1 页，C o n t i n u e df r o mP ．1 1 1 参考文献 [ 1 ] 蔡嗣经．矿山充填力学基础[ M ] ．北京冶金工业版社，1 9 6 4 6 ． [ 2 ] 谢明军．白银公司井下矿山充填采矿方法的应用[ J ] ．甘肃冶金，2 0 0 3 ，2 5 1 1 2 一1 5 ． [ 3 ] 王劫，王洪江，陈小平．高水速凝废石浇注充填试验及充填特性[ J ] ．有色矿山，2 0 0 3 ，3 2 3 6 8 ，2 7 ． M e c h a n i c a lA c t i o no nC e m e n t e dF i l i n gB o d yi nC u ta n dF i l lS t o p i n g W A N GJ i e l ，Z H E N GH u a i c h a n 9 1 ，C H E NX i a o - p i n 9 2 1 ．S h a n d o n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，历6 02 5 5 0 4 9 ，S h a n d o n g ，C h i n a ； 2 ．N o r t h w e s tR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B a s i n7 3 0 9 0 0 ，G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t B a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sf r o mam i n ea n dt h em e c h a n i c a lp a r a m e t e rm e a s u r e m e n to ft h ec e m e n t e d f i l l i n gb o d y ，t h es t r e s sd i s t r i b u t i o na n dd e f o r m a t i o nb e h a v i o ro ft h ec e m e n t e df i l l i n gb o d ya r ei n v e s t i g a t e db yu s e o ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o n ．I ti si n d i c a t e db yt h er e s e a r c ht h a tt h ec e m e n t e df i l l i n gb o d yf e a t u r e sw i t hd i s t i n c t i v es u p p o r tf u n c t i o na n dm e c h a n i cc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h ee x c e l l e n tp l a s t i c i t ya n dh i g hr e m a i ns t r e n g t h ．T h e d y n a m i cs t r e n g t ha n de l a s t i cc o e f f i c i e n tf o rd y n a m i cl o a d i n gi sb e t t e rt h a nt h a ti ns t a t i cs i t u a t i o n ．T h es u p p o r t f u n c t i o no ft h ec e m e n t e df i l l i n gb o d yi n c l u d e sr e s t r i c t i o nt ow a l lr o c ka n dl o a db e a r i n gt o g e t h e rw i t hw a l lr o c k ． K e y w o r d s m i n i n ge n g i n e e r i n g ；c e m e n t e df i l i n gb o d y ；n u m e r i c a ls i m u l a t i o n ；d e f o r m a t i o nb e h a v i o r ；s t r e s s a n a l y s i s 万方数据