（矿业工程专业论文）东沟钼矿矿石品位分布及采矿方法选择研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 东沟钼矿矿石品位分布及采矿方法选择研究 专业：矿业工程 硕士生：郑兆强 指导老师：卢才武教授 赵新峰高工 摘要 随着国民经济的快速发展，我国已经进入矿产资源高消费阶段，特别是近 几年矿业的迅速发展，对我国矿山开采技术提出了更高的要求。在此背景下对东 沟铝矿矿石品位分布及采矿方法进行研究意义重大。 ( 1 ) 本课题完成了点荷载和单轴压缩试验，并由此建立了东沟钼矿矿岩点 荷载指标与单轴压缩强度指标之间的定量关系。 ( 2 ) 通过刻槽取样了解了东沟钼矿矿石品位分布规律，并在此基础上利用 灰色预测理论建立了矿石品位预测模型。 ( 3 ) 进行了矿岩单轴压缩全程声发射、声波测试试验，获得了e l 前开采深 度下的原岩应力值。 ( 4 ) 经过详细的论证与比较，提出了东沟钼矿现阶段合理的采矿方法，并 对回采后残留矿柱的稳定性进行分析，为以后安全有效地进行矿柱二次回采提 供了科学依据。 ( 5 ) 利用三维数值模拟软件3 d o ，对采场结构进行了数值模拟，并对相应 的采场结构参数进行了优化。 本论文从实际出发，所采用的研究方法和研究结果为东沟钼矿下一步的设 计和施工打下了基础，特别是矿石品位预测模型和采矿方法结构参数优化数值 模拟结果为类似的矿山也提供了一种新的思路和方法。 关键词：点荷载、品位、声发射、声波、数值模拟 西安建筑科技大学硕士论文 s t u d y o no r eg r a d ed i s t r i b u t i o na n ds e l e c t i o no ft h em i n i n g m e t h o da td o n g g o um o l y 7 b d e n u mm i n e s p e c i a l s ：m i n i n ge n g i n e e r i n g n a m e ： z h e n gz h a o q i a n g i n s t r u c t o r ：p r o f e s s o rl uc a i w u a d v a n c e de n g i n e e rz h a ox i n f e n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y ，t h et e c h n o l o g yo fm i n eo p e r a t i o n h a sb e e na s k e dm o r eh i g h e ra so u rc o u n t r yh a se n t e r e dt h es t a g eo fh i g h e rc o n s u m e i nm i n e r a lr e s o u r c e ，e s p e c i a l l yt h em p i d l yd e v e l o p m e n to fm i n i n gi n d u s t r yi nr e c e n t y e a r s i nt h i sb a e k g r o a n d ，i ti si m p o r t a n tt os t u d yt h eo r eg r a d ed i s t r i b u t i o na n dt h e m i n i n gm e t h o do fd o n g g o um o l y b d e n u mm i n ea r cs t u d i e d + ( 1 ) t h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o n s h i pb e t w e e np o i n tl o a d i n ga n du n a x i s lc o m p r e s s i o n s t r e n g t hi n d e xw a se s t a b l i s h e db a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s ( 2 ) u n d e r s t o o d t h eo r e g r a d ed i s t r i b u t i o n r u l ea n dc o n s t r u c t e do r e g r a d e p r e d i c t e dm o d e lu s i n g t h et h e o r yo ft h eg a r yf o r e c a s t i n g ( 3 ) t h er o c ks t r e s sv a l u eo fp e r s e n td e p t hw a sg i v e no nt h eb a s i so fu l t r as o n i c v e l o c i t ya n da c o u s t i ce m i s s i o n t e s tu n d e ru n a x i s l ec o m p r e s s i o np r o c e s s i o n ( 4 ) r e a s o n a b l em i n i n gm e t h o da tp r e s e n tw a sp r o p o s e dt h r o u g hp r o o fa n d c o m p a r i s o n ，a n dt h es t a b i l i t yo fr e m a i n d e rp i l l a rw a sa n a l y z e di no r d e rt oo f f e r i n g s c i e n t i f i cb a s i sf o re x p l o yp i l l a rl a t e r ( 5 ) s i m u l a t e ds t o p es t r u c t u r a la n do p t i m i z e ds t o p es t r u c t u r a lp a r a m e t e rt h r o u g h 3 一dn u m e r i c a lm o d e l a c c o r d i n gt om i n ea c t u a ls i t u a t i o n ，t h er e s e a r c ht e c h n i q u ea n dr e s u l ti np a p e r h a i , eb u i l tt h ef o u n d a t i o nf o rl q c x ts t e po fd e s i g na n dt h ec o n s t r u c t i o no fd o n g g o u m o l y b d e n u mm i n e ，s p e c i a l l yo r eg r a d ep r e d i c t e dm o d e la n dt h er e s u l ta b o u tm i n i n g m e t h o dp a r a m e t eo p t i m i z a t i o nh a v ep r o v i d e do n ek i n do fn e w m e n t a l i t ya n dm e t h o d f o rt h es i m i i a rm i n e k e y w o r d s ：p o i n tl o a d i n g ，o r eg r a d e ，a c o u s t i ce m i s s i o n ( a e ) ，u l t r as o n i cv e l o c i t y ， n u m e r i c a ls i m u l a t i o n i i 声明 本人郑重声明我所呈交的论文悬我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 豁研究成架。尽我所箱，除了文中特别柏以标注和致游的地方井，论文中不包宙 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已申请 学位或为其德用途使用过的成果。与我一同工俸的弱恚对本研究历擞的掰有贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了致谢。 孛请学位论文与资料若璃不实之处，本人承撵一惦相关责任。 蝴：却妙侈 嘲。”口 关于论文使用授权的说明 本人宠全了鹪西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文灼规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 内容和邦分内容，可班采用影印、编印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后出遵守此规定) 论文作者签名：午翘哆多导师签名 注：请将此页附在论文首负。 号坷叩 f l 期：如，6 d 西安建筑科技大学硕士论文 第1 章绪论 地下资源的开发与利用是整个人类生存和发展的重要基础，对社会的经济 增长和人类物质需求的提高起着至关重要的作用，在过去的几十年里，地下采 矿领域也在不断的创新和进步，人类对矿产资源的利用已经取得了重大的成就， 2 1 世纪，世界已经进入知识经济时代，现代高新技术的飞速发展给矿业带来了 新的契机，同时，地下采矿也面临着新的挑战，比如矿井深度增加，矿石品位 降低，地压显现严重等问题不断地出现。因此利用当今日新月异的科学技术来 解决地下采矿出现的各种难题已成为当务之急，从某种意义上来说，当代的高 新技术已成为矿业未来发展的源泉和动力。 1 1 我国金属采矿业的发展现状及前景 1 1 1 我国金属采矿业发展现状 建国5 0 多年来，我国金属采矿业取得了辉煌的成就，兴建了一大批金属矿 山企业，组建了地质、设计、勘察、施工等建设单位和科研、教育、环保、信息 等事业单位以及物资供销和进出口贸易单位，形成了一个布局比较合理、体系比 较完整的工业行业。随着2 0 0 0 年我国矿业体制的重大改革，使有色金属产量实 现了快速增长，基本上满足了我国国民经济发展和人民生活的需要【“。尤其是绝 大多数金属矿山在露天开采、地下开采、露天地下联合开采的设备和技术方面 都取得了长足的进步。 在金属矿产开采量中，露天开采所占的比重较大，1 9 9 3 年，我国有色金属 矿石产量中露天开采中占5 0 ，近几年所占比重还在继续增加，。随着市场经济 的矿石价格竞争，低成本的大型露天开采不失为一种有效的矿石开采方式。 地下开采是一种古老而传统的开采方式，从上个世纪以来，我国众多矿山 对于埋藏较深的矿体普遍采用地下开采，由于时间的原因，我国在金属矿床地 下开采技术上已经相当完善，近年来，由于科学技术的日益发展，在我国许多 大型矿山井下普遍采用了无轨机械化采矿，同时近十多年来，国内已研究应用 了多种大规模高效率地下采矿方法，这些高效率的采矿方法将不仅为高效采矿 设备创造应用条件，同时也是提高矿山生产能力的主要技术途径1 2 】。 我国金属矿床具有规模小和埋藏深的特点，大部分露天矿均需要通过地下 开采深部矿体。进入2 1 世纪后，一方面因露天矿逐步转入地下开采，需要通过 露天地下联合开采以形成相对稳定的产量规模：另一方面则因深凹露天矿开采 西安建筑科技大学硕士论文 条件越来越差，剥采比大，采矿综合成本增加，需要采用露天地下联合采矿技 术以改善矿山经营效益。因此，越来越多的矿山将进行露天地下联合开采【引。 1 1 2 我国金属采矿业的发展前景【4 “】 进入2 l 世纪，我国金属采矿业虽然面临着自身的困难和众多的挑战，但其 发展前景依然广阔。 ( 1 ) 矿业的发展是国民经济发展的重要组成部分 目前，随着国民经济的快速发展，我国己进入矿产资源的高消费强度阶段， 面对近1 3 亿人口和持续稳定发展的国民经济，世界资源市场难以，也不可能对巨 额短缺提供长期、稳定、充分的供应，这样就从某种程度上促进了我国矿业的持 续发展，因此，建立我国自己的全球矿产资源供应体系，满足矿产资源的高消费 强度要求，必将成为政府国民经济可持续发展的组成部分。 ( 2 ) 我国金属矿山有着良好的资源潜力。 虽然近几年来，为了满足经济发展的需求，我国已经消耗了大量的资源， 但我国矿产资源依然存在着很大的潜力，我国幅员辽阔，附属海域、岛屿众多， 这些地方还有大量未勘探的新区，我国西部矿产资源丰富，已经探明了许多新 的大型矿产地，此外，由于技术条件的限制，我国许多老矿山1 0 0 0 米以下赋存 的大量资源还未开采，所有这些都说明了我国有色矿业的进一步发展在自然资 源方面是有良好潜力的。 ( 3 ) 科技的进步为矿业的发展开辟广阔的空间 进入新世纪以来，随着科学技术的进步，地下开采技术发展很快，采矿装 备在实现无轨化和液压化的基础上，正在向大型化、智能化方向发展。此外， 计算机在矿业中的应用加速了我国有色矿山现代化的进程，众多矿业软件及专 家系统构建了一种数字化与智能化的矿山模式。所有这些现代化的设旋将在以 后大规模开采和集中强化开采中将发挥重要作用。 1 2 采矿方法的选择及数值模拟的意义 采矿是一个复杂的开挖过程，其开挖是需要多次才能完成的。开挖过程、 开采顺序不同就会出现不同的应力应变过程和不同的最终力学效应。因此，不 同的井巷和采场布置形式，不同的开拓过程和回采顺序，不同的采矿工艺和支 护方式以及不同的采场结构参数选择等都会对采矿的生产和安全产生极大的影 响。其中，采矿方法的选择起着至关重要的作用，由于矿体赋存条件的不同以 及地应力、围岩稳定性等因素的存在，采矿方法的选择直接决定了矿山的生产 规模和长远发展。因此选择适合于矿山的采矿方法成为矿山开采的首要问题。 通过对采矿方法进行数值模拟可以使采场结构参数得到优化，使原有的采 西安建筑科技大学硕士论文 矿方法得到改进。有利于采矿规模的扩大，同时也保障了采矿过程的安全性。 由于整个采矿过程与岩体力学有紧密地联系，特别是采用空场法进行采矿时， 始终都面对着大面积的采空区，采空区顶板和矿柱随时都有失稳的可能，采空 区顶板的安全与采场结构参数有着直接的关系，采场结构参数过大，暴露面积 和空区跨度就越大，危险性也就越大，但采场参数设计过小则矿柱损失过大， 采场生产能力受到了限制，因此合理选择采场结构参数成为采矿方法的主要问 题。通过对采矿方法进行数值模拟，有助于选择合理的采场结构参数，在提高 矿山企业的安全保障和经济效益方面意义重大。 1 3 课题来源及研究意义 东沟钼矿位于河南省汝阳县南部付店乡东沟村一带，根据钻探资料探明， 东沟钼矿为一特大型斑岩型钼矿床，东沟钼矿区现为地下开采方式，采矿方法 采用不规范的低阶段空场采矿法，缺少矿岩基本力学参数，对矿石品位分布状 况不清楚，对空场采矿方法遗留下的采空区没有进行处理，也没有进行相应的 地压监测，采矿方法选择也没有经过严格论证。本课题正是在这样的背景下提 出的。 通过对本课题的研究，对矿山具有重要的现实意义。 ( 1 ) 为该矿山开采设计提供了矿岩基本力学参数： ( 2 ) 了解矿石品位分布特征并建立矿石品位预测模型； ( 3 ) 通过利用三维数值模拟软件对采矿方法进行数值模拟，其结果对采矿 方法选择和采场结构参数选取具有重要的现实意义； ( 4 ) 提出了矿山目前、过渡阶段及今后中长期的采矿方法和规划，并提出 了合理的采场结构参数。 1 4 主要研究内容及技术路线 首先采用4 5 d 0 5 5 0 d 型数字点荷载仪进行岩石点荷载试验，同时结合标准 试件单轴压缩试验确定矿岩基本物理力学参数，为岩石力学研究和采矿设计提 供基础资料； 其次，通过刻槽取样得到矿区局部工程地段矿石品位分布特征，并在此基 础上，利用灰色预测理论建立矿石品位预测模型，得到矿区矿石品位分布特征。 根据工程地质特征，确定适合于矿山的合理且安全的采矿方法，同时为了 对残留矿柱进行二次回采，对矿柱稳定性进行了分析。 最后，对所选择的采矿方法应用有限元结构应力分析系统3 d ( 2 d ) o 平 面和三维数值模拟方法，并结合现场工程实际确定结构参数。 西安建筑科技大学硕士论文 主要技术路线如下图： 矿岩 点荷载强度 矿岩单轴压 缩强度指标 点荷载与单轴 压缩强度关系 矿石品位 分布特征 强度指标的 最终确定 选择合理而 安全的采矿 方法 图1 1 主要技术路线图 4 采矿方法数值模拟 陬网 i 参数优化 i一 西安建筑科技大学硕士论文 第2 章矿岩物理力学性质 东沟钼矿未进行过岩石基本力学参数测量工作，而要进行矿山开采设计， 包括采矿方法的选择，爆破参数的选择，采场结构参数，围岩稳定性分析等都 是必须以岩石基本力学参数作为设计、计算和分析的基础，基本力学参数测量 结果的可靠程度对工程设计的优劣将产生重要的影响。在岩石基本力学参数中， 岩石抗压强度是最基本的参数，其它参数都与之具有不同程度的相关性，同时， 由于岩石材料本身具有不确定性即模糊性、随机性的特点，所以，要准确获得 岩石基本力学参数，就必须精心设计试验，作到既能够准确测量，又要尽可能 节省经费，最后还要采用概率分析等现代数学分析手段。 室内测量岩石基本力学参数相对比较准确，但必须经过岩样选择，加工等， 试验成本比较高。目前能够在工程现场作岩石力学参数测量的普遍方法是点荷 载试验，本项目研究中采用室内试验和现场点荷载试验相结合的方法，将试验 结果相互验证，最终确定岩石基本力学参数。 2 1 试验仪器及方案 岩石强度是金属矿山地下开采设计、旋工中最常用的力学参数，岩石强度 指标的测定是采矿工程设计所必须的基本试验，如果在实验室进行大量的常规 试验，就必须进行岩石试件的取样、加工及测试等工作，耗时长、费用高。点 荷载测试正是面临这种状况发展起来的一种新的测定岩石强度的方法。 。 该试验方法由e b r o t h 和j af r a n k l i n 发明的，将岩石试件置于上下两个球 端圆台状加荷器之间，施加垂直荷载使试件破坏，即可求得试件的点荷载强度。 小型点荷载试验装置为便携式的，可带到工程现场做试验，同时对岩石试件的 要求不严格，不需要精心准备加工试件，所以在工程实际中得到广泛应用。 此次点荷载现场试验采用由意大利进口的4 5 d 0 5 5 0 d 型数字点荷载仪( 如 图2 1 所示) ，由于岩石强度指标不是岩石的固有性质，为了保证不同岩石强度 试验所获得的岩石强度指标具有可比性，国际岩石力学学会( i s r m ) 对岩石强 度试验所使用的试件的形状、尺寸、加载速率等都指定了相应的标准，此次试 验参照标准为国际岩石力学学会试验方法委员会推荐标准( a s t m d 5 7 3 1 ) 。 西安建筑科技大学硕士论文 图2 1 数字式点荷载仪 2 2 试验数据处理方法 未修正的点荷载强度指标i s ( m p a ) 根据下面( 1 ) 式求得： i ：一 (1)s p * 1 0 0 0 磋 式中，p 一破坏荷载，k n ；珥一岩芯等价直径，1 t i i i i 。 对于岩芯径向试验，珐即是岩芯的实际直径；对于岩心轴向试验或规则、 不规则岩块试验，等价岩芯直径由( 2 ) 式求出： 噬= 4 ，a = v d ( 2 ) 式中，4 为代表加载器接触点的试件最小横截面积。 由于乓值不但与试件形状有关，而且是试件尺寸眈( k i n d ) 的函数。为了 便于比较，获得一致性的点荷载强度指标，i s r m 将直径为5 0 m m 的圆柱体试件 径向加载点荷载试验的强度指标值( ，o ) 确定为标准试验值，其他尺寸试件的试 验结果根据公式( 3 ) 进行修正。直径修正系数： i s ( 5 0 ) = f x ，f = ( 5 ( 3 ) 根据试验要求，一组岩石的点荷载强度指标，试件数至少1 0 个以上，因此， 依据各个试件的i s ( s o ) 值，去掉其中最高值和最低值，将剩余的数值求算术平均 即为该种岩石的点荷载强度指标。 2 3 试验结果及分析 2 3 i 试验结果 试验记录如表2 1 。 西安建筑科技大学硕士论文 表2 1岩石点荷载试验结果 试件长度l 高度d宽度w极限点 修正 点荷载强度 岩性备注 编号 ( m m )( r a m ) ( r a m )茼载( k n l系数 ( m p a ) l花岗岩6 05 03 0 6 1 6 0 9 43 0 1 与安山岩结合处 2 花岗岩 9 06 03 55 6 61 0 22 1 5 3 花岗岩 8 56 04 06 2 21 0 52 1 4 4安山岩 7 0 5 03 0 8 2 8 0 9 44 0 5 有层理 虫变，绿泥石、碳琵 5安山岩 1 1 05 58 08 0 91 2 21 7 7 岩化 6安山岩 7 0 6 55 5 1 1 6 o o o 7 安山岩 1 1 03 54 01 1 90 9 2o 6 l 碳酸岩化 8安山岩 7 55 54 05 8 41 0 32 1 4 黄铁矿化 9 安山岩 1 1 04 07 58 5 71 1 l2 4 9 硅化 1 0安山岩8 05 04 0 6 9 7 1 0 02 7 s硅化 l l 安山岩 1 1 02 57 03 7 50 9 71 6 3 斜交节理 1 2安山岩 6 5 3 55 0 7 - 3 7 0 9 73 2 1 1 3 花岗岩 1 1 09 06 01 3 3 81 2 92 5 0 细晶 1 4 花岗岩 1 1 05 08 01 1 7 31 1 92 7 5细晶 1 5 安山岩 7 06 06 57 4 51 1 91 7 8 1 6 安山岩 1 0 03 52 01 5 6 0o 7 71 3 5 2 硅化强烈 1 7 英安岩 9 52 55 51 0 2 5o 9 1 5 3 5 1 8 安山岩 8 03 07 04 2 41 0 21 6 l 1 9安山岩8 52 54 5 5 _ 3 9 0 8 73 2 7 2 0 安山岩 1 0 59 54 59 7 51 2 l2 1 7 表面强辉钼矿化 2 1花岗岩8 56 5 2 57 4 3 0 9 53 4 2细晶、硅化强 2 2 安山岩 l l o2 03 01 1 70 7 41 1 3 2 3 安山岩 1 0 07 04 00 9 91 0 9 0 3 0 2 4 安山岩 8 04 53 05 8 90 9 13 1 2 7 西安建筑科技大学硕士论文 试件长度l高度d宽度w极限点修正点荷载强度 岩性 备注 编号 ( m m )( m m ) ( r a m )荷载( k n ： 系数 ( m p a ) 2 5 安山岩 9 56 03 01 3 8 8o 9 85 9 2 硅化强烈 2 6 花岗岩 8 04 02 55 0 90 8 43 3 8 2 7 安山岩 1 1 07 54 03 0 61 1 10 8 9 2 8 石英脉9 0 6 05 09 2 71 1 1 2 7 0 2 9 花岗岩 7 55 04 03 5 91 0 01 4 2 3 0 石英脉 1 0 07 02 51 1 2 80 9 74 9 1 3 1 花岗岩 8 56 02 01 0 8 00 8 86 2 4 3 2 花岗岩1 0 0 8 03 0 4 3 0 1 0 5 1 4 8 3 3 花岗岩 1 1 04 03 52 1 3o 9 21 1 0 3 4 石英脉 1 0 07 03 5l o 1 11 0 63 4 2 3 5 安山岩1 0 0 4 04 0 2 o o 0 9 5 o 9 3 3 6 安山岩 6 53 56 00 2 41 0 20 0 9 3 7 石英脉 2 54 02 05 7 00 8 04 4 7 3 8 石英脉7 5 2 01 5 2 9 2 0 6 34 7 8 3 9 石英脉 7 04 06 09 2 51 0 53 1 8 4 0 石英脉 9 52 06 57 9 30 9 04 3 2 4 1 花岗岩9 0 4 07 5 2 5 4 2 1 1 l 7 4 0 4 2 石英脉 1 1 03 05 51 3 7 8o 9 66 2 8 4 3 石英脉 7 04 56 02 5 6 21 0 88 0 7 4 4 石英脉 6 53 03 04 7 40 8 23 4 0 4 5 石英脉 7 06 04 01 2 7 61 0 54 3 9 4 6 花岗岩 8 53 56 01 8 0 81 0 26 8 7 4 7 花岗岩7 05 02 02 3 3 0 8 41 5 4 4 8 安山岩 1 0 06 04 07 0 5o 9 63 1 7 4 9 安山岩9 0 4 07 51 1 7 8l 1 13 4 3 5 0 碳酸岩脉 6 54 06 00 9 61 1 lo 2 8 5 1 安山岩7 54 0 4 0 1 1 7 9 0 9 8 5 0 3 5 2 安山岩 7 54 04 51 3 9 01 o l5 3 4 5 3 安山岩 8 58 04 02 3 41 0 6o 7 8 8 西安建筑科技大学硕士论文 试件长度l高度d宽度w极限点 修正点荷载强度 岩性各注 编号 ( m m )( m m ) ( r a m )莳载( k n j 系数 ( m p a ) 5 4安山岩9 06 55 0 6 2 31 1 4 1 6 7 5 5安山岩1 1 05 56 06 2 11 1 11 8 1 5 6安山岩 8 04 5 5 0 4 9 21 0 2 1 8 7 - - 含棕红色铁质等混 5 7安山岩 1 0 0 4 09 0 1 3 3 71 1 7 3 3 3 合物 5 8石英脉1 0 56 56 02 8 9 81 1 67 4 5 5 9 安山岩 1 1 04 58 57 0 11 1 51 8 6 6 0 碳酸岩脉 1 0 54 06 01 2 01 0 10 4 6 6 1安山岩 1 1 0 5 06 5 1 9 4 21 0 5 6 6 7 6 2 安山岩 1 0 05 05 53 6 2 71 0 81 1 4 4 6 3安山岩 1 1 06 5 8 0 1 9 7 71 2 8 3 8 1 6 4 安山岩 1 l o5 56 09 4 91 1 22 6 8 6 5安山岩9 55 55 5 2 2 4 5 1 1 26 3 2 6 6 安山岩 9 07 0 3 5 4 5 11 0 21 6 9 6 7安山岩1 1 05 57 5 8 3 71 1 8 2 0 3 6 8 安山岩 1 1 07 06 52 1 31 2 10 4 8 6 9 安山岩 l l o4 57 59 2 31 1 52 4 6 7 0 安山岩 1 0 58 08 52 1 2 61 2 84 0 5 7 l 安山岩1 1 07 55 58 3 21 1 72 0 5 7 2 安山岩 1 1 05 0 7 5 1 2 1 21 1 53 1 8 见花岗岩细晶脉 7 3安山岩 1 1 06 0 7 0 1 7 4 71 0 95 3 5 弱风化 7 4 石英脉 1 0 55 58 02 1 9 11 1 95 1 4 7 5石英脉 6 57 0 5 0 2 3 9 91 1 46 4 3 7 6 石英脉 9 06 58 02 4 9 71 2 65 0 4 7 7 石英脉 1 1 03 59 06 9 l1 1 61 7 5 7 8安山岩 1 1 0 6 59 54 1 81 3 20 7 2 7 9 安山岩 1 1 06 59 03 3 1 31 2 46 9 l 8 0 安山岩 1 1 0 7 01 0 0 8 3 51 3 2 1 4 6 8 l 安山岩 1 0 05 08 51 5 7 91 1 83 8 3 弱风化 9 西安建筑科技大学硕士论文 试件 长度l高度d宽度w极限点 修正 点荷载强度 岩性各注 编号( m m )( m m ) ( m m )荷载n )系数 ( m p a ) 8 2 安山岩 1 1 08 59 07 1 31 3 91 0 6 8 3安山岩9 0 5 57 04 8 21 1 4 1 3 1 8 4 英安岩 1 0 57 58 59 5 91 2 71 8 7 8 5 安山岩 1 1 04 01 0 02 _ 3 51 2 10 5 3 8 6 安山岩 1 1 05 58 01 1 8 71 2 02 7 4 8 7 安山岩 7 04 55 56 6 51 0 62 2 4 绿帘石化 8 8 英安岩 8 05 56 03 7 51 0 61 2 4 含斜长石斑晶 8 9 安山岩 7 54 57 55 1 31 1 21 4 7 9 0 安山岩 1 1 06 08 03 1 6 31 1 87 6 5弱风化 9 1 英安岩1 0 0 4 56 01 8 9 81 0 6 6 2 9含斜长石斑晶 9 2 英安岩 1 0 55 06 51 7 5 21 1 34 8 7 含斜长石斑晶 9 3 安山岩 1 0 05 06 03 3 3 81 0 81 0 5 l 9 4 英安岩 1 1 06 05 56 3 21 0 91 9 3 9 5 英安岩1 0 5 5 5 9 53 4 7 1 2 20 7 6 9 6 安山岩 1 1 04 01 0 07 5 41 1 91 7 7 9 7 英安岩 1 1 04 07 51 4 7 01 1 04 4 4 9 8 安山岩 7 56 06 51 3 4 01 1 83 2 9 弱风化 9 9 安山岩 1 0 05 07 01 2 9 71 1 33 6 4 1 0 0 安山岩 1 0 06 06 57 1 21 0 92 1 8 1 0 1 安山岩 1 0 05 0 7 59 6 1 1 1 62 4 4 1 0 2 安山岩 1 1 06 55 55 0 41 1 51 3 3 1 0 3 安山岩 1 0 05 5 8 07 7 5 1 2 21 7 l 1 0 4 石英脉 7 04 56 51 4 2 71 0 94 4 6 1 0 5 安山岩 l o o5 07 04 3 21 0 91 3 5 1 0 6 碳酸岩脉 7 04 57 01 3 0 91 1 13 8 0 1 0 7 碳酸岩脉1 0 54 56 51 1 8 1 1 0 7 3 8 2 1 0 8 碳酸岩脉 7 55 06 51 6 4 01 0 95 0 3 1 0 9 碳酸岩脉9 54 07 51 0 7 11 0 93 3 0 1 1 0 安山岩 1 0 05 07 01 5 1 41 1 53 9 8 弱风化 西安建筑科技大学硕士论文 试件 长度l高度d宽度w极限点 修正点荷载强度 岩性 各注 编号( m m )( m m ) ( m m )荷载( k n 系数 ( m p 曲 1 1 1 花岗岩 6 04 06 05 2 51 0 21 9 5 半风化 1 1 2 英安岩 1 1 0 4 5 1 0 03 3 8 11 2 17 6 4 含斜长石斑晶 1 1 3 英安岩1 l o5 5 5 0 1 9 8 4 1 0 0 7 9 7 含斜长石斑晶 1 1 4 英安岩 1 1 05 06 02 7 7 01 0 79 0 3 含斜长石斑晶 1 1 5 英安岩 1 1 04 56 02 5 6 01 0 48 9 7 含斜长石斑晶 1 1 6 安山岩 1 0 05 08 01 3 8 51 1 43 7 0 弱风化 1 1 7 安山岩 1 0 0 5 0 8 02 7 4 51 1 27 7 5 1 1 8 安山岩 l o o5 08 02 3 1 11 1 16 7 9 1 1 9 安山岩 1 0 05 56 51 4 1 61 1 14 1 3 弱风化 1 2 0 英安岩 8 57 06 51 1 3 61 1 82 7 5 含斜长石斑晶 1 2 1 安山岩 8 06 07 03 6 4 71 1 59 6 0 1 2 2安山岩6 55 05 03 3 8 51 0 21 2 8 7 1 2 3 安山岩 8 04 57 01 2 2 01 0 64 0 5 弱风化 1 2 4 安山岩7 54 56 53 1 5 11 0 99 6 7 1 2 5 碳酸岩脉 1 0 55 05 55 6 31 0 91 7 5 1 2 6 碳酸岩脉6 55 0 6 0 3 0 61 0 9 0 9 5 1 2 7 英安岩 6 05 54 02 5 2 61 0 01 0 1 1 含斜长石斑晶 1 2 8 英安岩 l o o4 06 53 0 3 71 0 79 8 4 含斜长石斑晶 1 2 9 英安岩5 54 0 4 53 0 9 00 9 91 2 7 l 含斜长石斑晶 1 3 0 英安岩 1 1 05 09 01 8 2 31 1 84 4 6 含斜长石斑晶 1 3 1 英安岩 1 1 0 5 5 8 03 1 4 61 1 87 6 l 1 3 2 安山岩 7 04 55 51 8 3 41 0 26 8 6 1 3 3 花岗岩7 04 5 6 07 4 5 1 0 5 2 5 6 半风化 1 3 4花岗岩6 54 05 57 4 31 0 22 7 8 半风化 1 3 5 安山岩9 04 06 0 2 1 8 9 1 0 2 8 1 5 1 3 6 安山岩 9 55 56 08 3 91 0 92 6 0 1 3 7 安山岩8 05 57 08 9 51 1 22 5 5 1 3 8 安山岩6 05 05 55 7 11 0 42 0 6 1 3 9 安山岩 1 1 0 7 59 01 1 8 61 3 1 2 1 1 西安建筑科技大学硕士论文 试件长度l高度d宽度w极限点修正点荷载强度 岩性 备注 编号( m m )( m m ) ( r a m )茼载( k n ?系数( m p a ) 1 4 0 碳酸岩脉 1 1 06 08 06 8 91 2 11 5 5 1 4 l 碳酸岩脉 9 06 08 01 4 0 51 2 52 8 7 1 4 2碳酸岩脉 1 0 0 5 5 8 04 3 61 2 30 9 3 1 4 3 安山岩 1 0 55 03 02 4 0 30 9 11 2 7 2 1 4 4 安山岩 1 1 0 6 0 5 58 2 41 0 92 5 6 1 4 5 碳酸岩脉 8 05 55 57 9 l1 0 92 4 6 1 4 6碳酸岩脉1 0 08 5 9 0 1 2 6 41 3 5 2 0 6 1 4 7碳酸岩脉8 54 07 57 5 41 0 92 3 3 1 4 8碳酸岩脉8 06 0 7 51 2 1 7 1 2 2 2 6 8 1 4 9 安山岩 8 06 07 01 9 3 91 1 65 0 2 1 5 0 安山岩 9 04 07 02 9 21 0 60 9 7 1 5 l 安山岩 1 1 05 09 08 7 61 1 92 0 7 1 5 2 安山岩 1 0 95 07 51 9 1 11 1 35 3 6 1 5 3 安山岩 1 0 5 6 5 6 02 4 6 51 1 46 5 9 1 5 4 安山岩 1 1 06 09 52 1 2 31 2 8 4 0 7 1 5 5 安山岩 1 1 06 01 0 01 6 9 61 1 7 4 2 2 1 5 6 安山岩 1 0 0 4 5 7 02 4 4 81 1 07 3 6 l s 7 安山岩 1 0 07 08 06 4 61 2 21 4 3 1 5 8 安山岩 1 0 55 09 09 7 01 1 8 2 3 7 1 5 9 安山岩 1 0 5 5 0 9 52 5 l1 1 9o 6 0 1 6 0安山岩l o o5 58 51 3 3 01 2 4 2 7 7 1 6 l 安山岩 8 06 57 58 0 01 1 3 2 2 1 1 6 2 安山岩 9 55 58 58 3 51 1 52 1 7 1 6 3 安山岩 1 1 04 07 01 2 8 71 0 74 1 8 1 6 4 安山岩 1 1 04 57 52 3 1 41 1 07 0 0 1 6 5 安山岩 8 56 56 01 6 2 01 1 64 1 6 1 6 6 安山岩 1 0 04 06 59 8 91 0 5 3 4 0 此次试验共进行了1 6 6 个岩样点荷载试验，获得了1 6 5 个有效数据，试验 中将矿岩类型划分为5 种，第一种为安山岩，灰黑色隐晶质结构，块状构造， 1 2 西安建筑科技大学硕士论文 这是井下最为普遍的岩石类型；第二种为英安岩，浅紫灰色、棕灰色，斑状结 构，块状构造，斑晶为斜长石等，含量约占1 0 ；第三种为细晶花岗岩，肉红 色，细晶结构，块状构造，矿物成分有石英、钾长石等；第四种为含石英细脉 辉钼矿；第五种为含碳酸岩脉辉钼矿，大量发育碳酸岩薄膜，分布在裂隙和破 裂面上。试验计算结果见表2 2 。 表2 2 点荷载强度计算结果 岩性试验样品数最小值( m p a )最大值( m p a ) i s ( 5 0 ) ( m p a ) 安山岩 9 80 0 91 3 5 23 5 9 英安岩 1 8o 7 61 2 7 l 5 9 0 花岗岩1 71 1 7 4 2 9 5 含石英细脉辉钼矿1 71 7 58 0 74 6 9 含碳酸岩脉辉钼矿 1 50 2 85 0 32 2 3 2 3 2 试验结果分析 一般情况下，不规则试样的标准差较大，柱状岩芯试样的标准差较小，说 明试样形状对试验结果分散性有影响。对柱状岩芯作径向试验时，只要试样足 够长，则同组试样强度的大小与形状系数无关；当试样作轴向试验时，如果加 荷点间距大于试样直径，所得到的点荷载强度指数多数偏低；当加荷点间距小 于试样直径，所得到的点荷载强度指数多数偏高；若同组试样的加荷点间距和 试样直径之比值接近，则得到的点荷载强度指数受形状系数的影响就小。不规 则试样沿短轴加荷时，所得到的点荷载强度指数与试样形状系数无关；从试验 数据的分散性来看，形状规整则所得的数据分散性小些1 7 , 9 1 。 由于此次点荷载试验中矿山没有现成的岩芯可供使用，所以只能采用不规 则块体试验，为了摸清楚岩样点荷载强度分布规律，确定该矿山岩石点荷载强 度与基本力学参数之间的换算关系，以矿山普遍存在的安山岩为例，从9 8 个不 规则块体样品试验中，选取4 0 个形状较规整，空间尺寸与规则块体接近的试验 结果进行分析。 首先，对试验结果进行正态概率分布检验，如图2 2 、2 3 所示，图2 2 、2 3 表明：安山岩点荷载强度指标基本符合正态分布，可以用正态分布函数进行描 述。 西安建筑科技大学硕士论文 图2 2 正态概率分布检验图 图2 3 样本频率分布及正态模拟 通过分布拟合和z 2 检验，得到安山岩点荷载强度指标概率密度函数为： 帅) = 丽1 斗( x - 3 ：r 8 _ _ _ _ 3 5 7 ) 2 西安建筑科技大学硕士论文 上式表明安山岩点荷载强度指标平均为3 8 3 5 7 m p a 。由于工程实际中样本 量有限，因此，在进行岩石力学参数的分析和计算时，还需要了解力学参数的 可靠程度和范围，为此，进行了区间估计，计算结果为：安山岩点荷载强度指 标置信区间为( 3 2 7 7 4 m p a ，4 3 9 4 m p a ) ，置信概率为9 5 ，表2 2 中对所有9 8 个安山岩点荷载强度指标计算分析值为3 5 9 m p a ，在该置信区间内，由此说明 表2 2 中数据处理结果是可信的。 2 3 3 岩石试件单轴压缩试验【1 0 】 为了进一步确定岩石力学参数，特别是确定东沟铝矿岩石点荷载强度指标 与抗压强度的相应关系，又进行了1 2 个岩样单轴抗压强度试验，试验在 r s m 一1 5 0 c 岩石力学试验系统上进行，本系统是一种数字控制的电液伺服试验 机，是专为岩石和混凝土一类材料的力学性能试验而设计的，具有操作方便、 控制性能好、自动化程度高等优点，该系统垂直液压缸和水平液压缸均配备了 两套不同量程的力传感器，垂直液压缸还配备了行程传感器以更好地适应不同 的试件和试验方法。各种试验均为伺服控制，如图2 4 所示。 图2 4r s m - 1 5 0 c 岩石力学试验系统 大量的试验证实，岩石点荷载强度与岩石抗压强度和抗拉强度之间有良好 地相关性。国际岩石力学学会试验方法委员会推荐的关系如下： 疋= ( 2 0 2 5 ) i s c ，o 、 ( 5 ) 足兰1 2 5 1 s ( 5 0 1 ( 6 ) 西安建筑科技大学硕士论文 安山岩点荷载强度指标置信区间为( 3 2 7 7 4 m p a ，4 3 9 4 m p a ) ，则依据上述 公式计算可得单轴抗压强度置信区间为( 6 5 5 4 8 m p a ，1 0 9 8 5 m p a ) ，在试验机上 得到的抗压强度均在此范围以内，说明试验结果是可靠的。点荷载均值为 3 8 3 5 7 ，单轴抗压强度平均值为8 1 5 9 m p a ，因此，该矿山点荷载强度指标与单 轴抗压强度之间关系为： 足= 2 1 1 4 x f 5 0 1 ( 7 ) 岩石内聚力、内摩擦角由公式( 8 ) 计算得到： c ：坚 2 ，、( 8 ) 妒a r c t g 【赫j 依照上述方法，最终确定矿山岩石基本力学参数如表2 3 ： 表2 3