地下采礦
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-27
地下采礦的實例教程
1 引言
地下采礦引起的地表沉降和破壞是采礦工程設計和運行時必須考慮的一個問題, 而引起地表沉降的原因則是由于各種因素之間復雜的相互作用。Laubscher (2000年)開發了一種經驗方法來預測崩落作業造成的地表沉降。該方法基于MRMR分類系統, 它將預測的崩塌角與MRMR、開采深度和開采寬度聯系起來。
本公眾號過去的文章中，僅有三篇討論了地表沉降：
采礦引起地表沉降的影響因素
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)
地表沉降工程: 理論與實踐(By Syd S. Peng)
2 問題的提出
隨著礦山開采深度的不斷增加，采場采動壓力和地表塌陷問題日益突出，有些礦山的地表塌陷問題非常嚴重，幾十米深的地表陷坑隨時可能對地下開采和周圍的生態環境造成災難性破壞，從而增加了建設綠色礦山的阻力。另外，一些礦山已經由原來的露天開采逐漸轉為地下開采，這些礦山面臨著采動壓力和地表塌陷的雙重危險。當露天開采轉為地下開采時，露天開采的范圍部分或全部置于地下開采范圍的頂上，這將對地下開采形成潛在的危險。許多大型露天開采礦山在達到一定開采深度后,逐漸由露天開采轉向地下開采, 比如Chuquicamata礦和Palabora礦, 在這種情形下,地下開采活動會直接影響原露天采礦的邊坡穩定性, 一個典型的例子是Palabora礦, 在由露天開采專為地下崩落采礦法后, 于2005年在西面的邊坡發生了大規模的破壞, 如下圖所示. Chuquicamata礦于2020年開始轉入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況.
展開 這個題目的起因是要對一個地下礦建議的采礦方法---淺孔留礦法進行評價，因此寫下這個隨筆。
2 淺孔留礦法的英文翻譯
在中國學者發表的英文論文中，淺孔留礦法最常見的翻譯形式為: short-hole shrinkage stope和shallow-hole shrinkage stope，形象地把"淺孔“翻譯出來，其實在標準的采礦工程英文中，使用的是"Shrinkage Stoping", 這就像以前討論過的自然崩落法翻譯成 "natural caving”一樣(地下連續墻(Diaphragm Wall)小結)，不能說不對，但從自然語言處理的角度來看，當我們檢測出這樣的詞匯，就能判斷出論文作者來自國內。
3 地下采礦方法選擇
國內的地下采礦方法名稱眾多，通過組合，你可以命名出至少30種采礦方法。不過核心的采礦方法就那么幾種。從巖石力學和采場地壓控制的角度我們可以劃分為以下幾類：
(1) 礦柱支護
這類采礦方法依靠礦柱來進行回采，主要包括: 房柱采礦法(Room-and-Pillar )和分段空場法(Sublevel Open Stoping)以及深孔分段空場法(Long-Hole Sublevel Stoping);
(2) 人工支護
這類采礦方法部分依靠人工支護，主要包括: 充填空場法(Cut-and-Fill Stoping)，留礦采礦法(Shrinkage Stoping）和VCR采礦法(Vertical Crater Retreat);
(3) 不需要支護
這類采礦方法不需要人工支護，主要包括：長臂采礦法(Longwall Mining),分段崩落法(Sublevel Caving)和塊體崩落法(Block Caving).
展開 在這種情況下，必須仔細設計頂柱厚度，因為隨著采礦的進行，頂柱的厚度在逐漸降低。
最典型的一個例子是Palabora礦, 在由露天開采轉為地下崩落采礦法后, 于2005年在西幫邊坡發生了大規模的滑坡, 如下圖所示。世界最大的銅礦Chuquicamata礦于2020年開始轉入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況。[丘基卡馬塔銅礦由露天開采轉入地下開采; Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究]
下圖所示的是位于加拿大魁北克省Normetal鋅礦的采礦模型，該礦由露天開采轉為地下開采，因此需要設計露天頂柱的厚度。
(3) 海底采礦的頂柱。嚴格地來說，海底采礦的頂柱不是露天的，因為頂柱上面覆蓋的是海水，在此勉強把它歸進來一起說。目前，三山島金礦和龍口煤礦已經進入海底開采，在此暫不考慮這種情況，我們只討論陸地上的采礦運作。
3 影響頂柱厚度的因素
確定頂柱的最佳厚度至關重要，一方面要盡最大可能回收礦石，另一方面還得確保采礦安全。[地下采礦引起的地表沉降分析]當設計頂柱厚度時，需要考慮下面幾個關鍵因素:
(1) 礦體的幾何形狀，包括傾角和寬度；
(2) 頂柱最有可能的破壞形式；
(3) 上盤和下盤巖石最有可能的破壞形式；
(4) 地表徑流和礦坑底部地下水的聚集情況，露天礦在開采過程中地下水會匯集到坑內；
(5) 頂柱上面的機械設備和堆載物，借用橋梁設計的術語，這屬于偶然載荷；
(6) 巖體強度，包括頂柱和圍巖的承載力;
(7) 地下水，巖石強度的變異性以及巖體不連續對頂柱穩定性產生的影響；
(8) 露天爆破對頂柱完整性的影響。
展開 文中部分數據來自于Golder Associates 澳大利亞分公司采礦工程師Bringemeier的論文.
[應急管理] 發生突水事故, 13人被困
[應急管理] 地下采礦工作人員的定位
經驗的和理論的突水預測
2 突水事故原因
突水事故是地下采礦的一個主要災害, 世界范圍內, 所有的采礦國家都發生過突水事故. 大多數的突水事故發生在煤礦, 但有時也發生在非煤礦, 例如大紅才鐵礦. 美國、澳大利亞、加拿大和英國的礦山工作、健康和安全法規、準則和實踐守則(HSE,1993年)認為，突水和礦井淹沒是地下采礦工程的一種主要災害，極有可能造成人員傷亡，對礦山生產或礦山廢棄造成嚴重的不利影響。據不完全統計, 在過去20年內, 全世界估計有有至少10,000人在礦井突水事故中喪生.(Chakraborty，2008，EDI 2010，Powell等人2010)。
通過對突水事故的歷史數據進行統計分析, 發現最主要的突水災害來自于被廢棄的淹沒工作井和來自地表暴雨引起的洪水突然涌入礦井。不過, 在中國和印度，突水事故除了上述原因外, 更大的因素往往是管理疏忽、無視安全法規和非法開采沒有經過正軌設計的危險礦井. 下表參考美國采礦安全和健康委員會Mine Safety and Health Administration (MSHA)對5個主要的采礦國家所作的粗略統計(截止到2012年). 從這個表中可以看出, 中國和美國發生的突水事故最多, 而中國由此死亡的人數最多.
3 突水災害管理
通過嚴格考慮潛在的突水源和機理，以及利用控制層次結構系統地設計、實施和維護適當的預防、緩解和控制措施，可以減少突水災害。突水災害管理應是一個反復的過程，從礦山規劃開始，并在項目生命周期的每個階段重新審視。
展開 2021年6月10日中午，山西省忻州市代縣聶營鎮大紅才鐵礦4號井發生突水事故，井下13人被困([應急管理] 發生突水事故, 13人被困)。截至目前為止，已經整整過去了72小時，雖然還在努力救援，但至今沒有找到被困人員的位置。
在<智利圣何塞(San Jose)銅金多金屬礦救援鉆探計劃>一文中曾經提到，當井下事故發生之后，對于暫時還存活下來的人來說，最悲慘的境況是所有出口被堵死，地面救援不知道井下人所處的位置，這給救援帶來了極大的困難。
近年來隨著通訊技術和4G/5G網絡的普及，井下GPS應用得到了快速發展，一些礦山已經開始運用GPS定位人員和設備在井下的活動, 但目前的通訊技術和設備還不能真正滿足礦井的需求。華為這類公司應該首要開發能適用于井下的，所有礦山企業能負擔得起的GPS技術，保證在任何環境條件下控制室能夠準確定位井下作業人員的位置。顯然，這對任何事故的救援都是有益的。
當井下發生突水，沖擊地壓，爆炸這類突發性事故時，避難硐室基本不起作用，因為根本沒有時間去避難硐室避難，因此目前被困的13人大概率下不能進入到避難硐室，生存的機會非常渺茫。
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地下采礦的最新內容
2.2隧道工程與軌道交通：隧道掘進機械；鑿巖鉆爆機械；地質勘探機械；地下采礦機械；混凝土輸送機械；小型挖掘機械；樁基礎施工機械；地下裝運設備；盾構機、水平定向鉆機、導向儀及其附屬設備、卷揚機氣動隧洞全斷面掘進機、道路掘進機械、鑿巖鉆分裂爆機械、地質勘探機械；勘察、測量儀器與設備；隧道檢測儀；激光檢測儀器；氣動風動設備；地下照明設備等。
3 施工技術
必須意識到，盡管先進的隧道開挖機械設備已經得到了長足的發展，但采礦隧道的開挖與普通地鐵的開挖有著本質的差別，大多數地下采礦工程仍然使用傳統的爆破方法進行開挖。這個項目在不同深度和不同類型的巖石中使用不同的開挖技術，包括分段面開挖隧道，即不是一次性全斷面開挖；使用永久性的噴錨網聯合支護；在豎井和隧道的交叉點使用鋼筋混凝土進行支護。
在高應力的深部露天采礦和地下采礦過程中，靠近開挖面的巖體經常會發生剝落破壞，這種破壞形式是巖體受到拉伸破壞的結果，類似于單軸抗壓強度和抗拉強度試驗觀察到的現象(巖石力學---從物理試驗到數值試驗)。這種低圍壓高應力的拉伸破壞很難使用傳統的數值模擬方法和本構模型表示裂縫的擴展過程。
基本安裝 927M.
2 Surpac
GEOVIA Surpac? 是采礦工業比較流行的地質和礦山規劃軟件，支持露天和地下采礦及勘探項目。該軟件通過易用性、強大的三維圖形和可與公司特定流程和數據流相匹配的工作流程自動化來實現效率和準確性。Surpac滿足了資源領域的地質學家、測量師和采礦工程師的所有要求，并且足夠靈活，適用于每種商品、礦體和采礦方法。
1 引言
巖爆預測是地下采礦工程一個永久的研究課題, 曾經有三篇筆記討論過這個話題:
巖爆和沖擊地壓災害分類(Rock Burst Hazard)
礦山沖擊地壓控制(Coal Mine Burst Prevention Controls)
煤與瓦斯突出--煤爆控制(Coal Burst Controls)
SSGeotech目前共有72,100
在近期評估的兩個地下采礦項目中，都使用了干式充填法。與崩落采礦法類似，控制充填塊體尺寸是這種采礦方法的關鍵，因此想到了巖石原位塊體尺寸的估算方法。于是使用SSGeotech數據集快速地檢查了目前的研究狀態。
2 檢索結果
SSGeotech目前共有70,475篇論文，由于以前沒有特別關注這個topic, 可能會遺漏一些最重要的論文。
在此基礎上, 過去50年許多巖石工程研究者相繼發展出許多不同的分類系統, 這些分類方法大都是基于地下采礦和隧道工程的支護設計.
數據集與下面4個數據集密切相關:
(1) Caving Behaviour (崩落行為)
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)
丘基卡馬塔(Chuquicamata)銅礦由露天開采轉入地下開采
(2) Palabora mine (帕拉博拉礦)
采礦引起地表沉降的影響因素(Factors Influencing Surface Subsidence)
地下采礦引起的地表沉降分析
最典型的一個例子是Palabora礦, 在由露天開采轉為地下崩落采礦法后, 于2005年在西幫邊坡發生了大規模的滑坡, 如下圖所示。世界最大的銅礦Chuquicamata礦于2020年開始轉入地下開采, 今后也可能面臨著同樣的狀況。
3 地下采礦方法選擇
國內的地下采礦方法名稱眾多，通過組合，你可以命名出至少30種采礦方法。不過核心的采礦方法就那么幾種。
