国外深井矿山的实践表明,岩爆、岩石冒落事故构成深井矿山生产中的主要安全问题,高温则是深井矿山影响劳动生产率的重要因素。为了预防和控制岩爆、提高矿山的通风效率、降低岩温以及减小矿石的损失贫化率,充填采矿法在深井矿山开采中具有不可替代的作用。
充填体作用机理以及深井矿山充填体的作用效果是深井采矿方法设计和采矿方案决策的基础。本章在分析矿区工程地质条件、区域构造应力、充填体强度和采矿方法结构参数等影响深井开挖系统稳定性主要因素的基础上,根据能量耗散原理,重点探讨了充填体在深井区域支护系统中的作用以及控制和预测采场突变失稳风险的过程和方法。
2.1 采场围岩及充填体稳定性的控制因素
地下矿体的采出,破坏了原岩的平衡应力场。因此,应力必然进行传递和调整,以达到新的平衡。在应力传递和调整过程中,可能出现岩体局部失稳破坏;另一种可能,由于采动的影响,将使围岩强度降低,围岩大范围破坏,整体结构失稳。在深井开采条件下则直接导致冲击地压灾害,因此采场围岩的稳定性评价与失稳预测预报就是研究围岩内的应力传递和调整过程以及最后所处的状态。
不同于地表建筑结构工程,采矿工程是建立在经历了长期地质构造作用和演化的地质体中,影响工程稳定性的因素多,而且具有很大的不确定性。因此,探讨影响地下采场稳定性的主要因素以及基本规律,是进行采矿工程稳定性分析的前提。
1)矿区工程地质条件
矿区工程地质条件是影响矿区围岩稳定性的内在因素。如矿岩类型、物理力学性质、结构面发育程度以及矿岩体的变形特性、流变特性,在很大程度上控制矿岩体的破坏机理、失稳形式和稳定状态。认识和评价矿岩体的工程地质条件,准确、可靠地确定矿岩体力学、变形参数,是进行采场围岩稳定性分析的基础。
矿床的形成方式和演变过程决定了矿岩的基本力学性质。矿岩体的物理力学性质包括矿岩石的密度、容重、孔隙率、膨胀性等。矿岩石强度主要是指矿岩石的抗剪强度、抗拉和抗压强度。矿岩石的变形特性通常基于节理发育程度、节理面形态以及结构面力学性质,是矿岩体变形破坏的控制性因素,在力学性质上表现为各向异性、非均质性和高度非线性。
地质结构面的存在,不仅破坏了岩体的连续性,而且其结构面的产状使岩体强度具有明显的结构效应。它不仅大大降低了岩体的强度,增大了岩体的变形量,而且还控制岩体的破坏机理和破坏模式。事实上,岩体的破坏大多沿着结构面或追踪破坏。所以,结构面是影响巷道工程破坏的重要因素之一。但结构面的规模,如断裂、断层、节理等在岩体工程变形破坏中,所起的作用是有区别的,在稳定性分析时应予以注意。