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第20卷第1期岩石力学与工程学报20(1):38～42
2001年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.,2001

玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测

蔡美峰王金安王双红
(北京科技大学资源工程学院北京100083)

摘要玲珑金矿是石英脉型金矿床,目前开采深度已超过500m,未来开采深度将超过1000m。对此类矿床赋存条
件的地下矿山,深部开采时可能遇到的一个突出问题就是岩爆。根据系统的工程地质调查、地应力场现场实测、岩
石力学试验、三维有限元数值模拟的结果,采用多种岩爆判断准则,分析了玲珑金矿深部开采时围岩中的能量分布
规律和发生岩爆的可能性,提出了防治岩爆的建议措施。
关键词玲珑金矿,深部开采,岩爆,预测
分类号TD324文献标识码A文章编号1000-6915(2001)01-0038-05

外多种岩石动力学准则,对玲珑金矿深部开采过程
1前言中,岩爆发生的可能性进行了评价和预测。下面对各
种评价和预测方法及结果分别进行论述。
玲珑金矿(原名招远金矿)是我国最大的黄金矿
山之一,自1976年黄金产量突破5万两大关之后,2基于岩石力学特性的评价
连续21a产量位于全国之首。该矿位于山东省招远
市玲珑镇,矿部南距招远市区16km,北距龙口市552.1岩石单轴压缩循环加载试验
km,东距烟台市137km,东南距青岛市170km,均岩石在压缩过程中,试件将聚积变形能并产生
有公路相联,交通方便。弹性和塑性变形。如果在岩石受压达到峰值强度前
自1962年投产以来,该矿已有近40a的开采历对试件进行卸载,弹性变形可以得到恢复,而塑性变
史。目前最低开采中段已到-270m水平,距地表形则永久性保存。因此,通过岩石循环压缩实验可以
500多米。随着开采深度不断增加,矿体赋存状况、检测岩石内部积聚能量的性质和特征。

工程地质条件和围岩稳定性状态显著恶化,地压显如图1所示,岩石加载至A(峰值前)卸载,c

现加剧。同时,最近玲珑金矿的深部探矿已在-800为卸载前聚集在岩石内部的总应变能,st是由于岩
m水平发现了具有开采价值的矿体,因而玲珑金矿石产生塑性变形和内部产生微破裂而消耗的能量,

未来的开采深度将超过1000m,成为我国黄金矿sp为卸载后仍然储存在岩石内部的应变能。将sp与
[1]
山,甚至整个金属矿山开采深度最大的矿山之一。st之比记为F(sp/st)。
玲珑金矿属于石英脉型金矿,对此类矿床赋存根据国外的现场试验与研究结果[2,3],F值越
条件的地下矿山,深部开采将涉及一系列深部岩石大,岩石破坏时产生的冲击越强烈。F值与岩爆可能
力学问题,其中最突出的就是冲击地压和岩爆等动性的关系如下:
力学问题。因为在地层深部,高地应力的存在造成岩F≥5.0岩石破坏时产生中等到强烈冲击;
体内储存大量的弹性应变能,开采过程中,围岩破坏2.0≤F<5.0岩石破坏时产生弱到中等的冲
后弹性能的突然释放,将有可能导致岩爆和矿震等击;
突发的动力学现象,造成严重的人员伤亡和财产损F≤2.0岩石破坏时不产生冲击。
失。本文通过地应力场现场实测、多种形式的岩石力玲珑金矿深部围岩主要是各种类型的花岗岩,
学实验和三维有限元数值模拟计算,分析了玲珑金在实验室完成的大量力学试验表明,花岗岩在循环
矿岩石及岩体内能量积聚与分布规律,并采用国内加卸载过程中,加卸载曲线基本上重合,直至达到岩

2000年2月21日收到初稿,2000年3月20日收到修改稿。
作者蔡美峰简介:男,58岁,1990年于澳大利亚新南威尔士大学采矿系岩石力学专业获博士学位,现任北京科技大学资源工程学院院长、教
授、博导,主要从事岩石力学、采矿工程方面的教学与研究工作。
第20卷第1期蔡美峰等.玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测·39·

性模量、泊松比。试验结果分别见图3和表1。

(a)斑状黑云母混合花岗岩

图1岩石试件加卸载时的能量计算示意图
Fig.1Energyaccumulationinrockspecimenduringloading
andunloading

石破坏,岩石的塑性变形几乎为零(见图2)。说明st

很小,sp很大,在极端情况下可能出现F→∞。因
此可以推论,玲珑金矿深部围岩在发生破坏时,将
可能产生很大的冲击作用。
2.2岩石单轴与三轴刚性试验
为研究岩石从受压直至破坏后全过程中,其内(b)中粗粒混合花岗岩
部能量积聚与释放的特征,对玲珑金矿深部花岗岩图2花岗岩试块单轴循环压缩试验应力-应变曲线
进行单轴与三轴刚性试验。实验内容包括测量花岗Fig.2Stress-straincurvesofgranitespecimenobtained
岩单轴全应