摘 要

东冲河石墨矿区位于湖北省兴山县，地处黄陵断穹核北部椅埫穹窿南翼，矿区属于中低山区，地势东高西低，南北两侧地形陡高，中部以东冲河谷为低槽，河流贯穿矿区，石墨矿体的所处位置是在山地河流下方，且矿石稳定性和围岩稳定性都比较不好，矿体倾角在50度到60度左右，属于倾斜矿体，导致采下的矿石较难采出和放出，矿石损失和贫化率大。

针对东冲河石墨矿区的上述特征，查阅了相关文献资料并进行较详细的分析说明，其中包括了开采条件分析、采矿方法的选择和采场稳定性分析。根据此矿区的地质条件和技术经济条件，初步选择了浅孔留矿法和下向分层充填法作为备选的采矿方法，然后通过FLAC3D数值模拟软件对以上两种采矿方法进行采场稳定性分析，通过比较两种采矿方法采场稳定性数值模拟的结果，得出的结论是，下向分层充填法更为合适本矿体的开采。

关键词：围岩稳固性；数值模拟；浅孔留矿法；下向分层充填采矿法

Research on mining method for underground mining of graphite ore in Dong Chong River

Abstract: theDongChong River graphite mining area is located in XingShan County, Hubei Province, located in the south wing of the northern chair of Huangling fault dome. The mining area belongs to the middle and low mountain areas, the East is high and the West is low, the terrain of south and north is steep, the middle area is a river valley of DongChong River,the river passes through the mine area, the ore body is under the mountain river, The stability of ore and surrounding rock is poor,and the dip angle belongs to the inclined ore body. It is difficult for the ore to be mined and released, and the ore loss and dilution rate also increase.

In view of the above characteristics of the Dong Chong River graphite deposit area，after consulting the relevant literature,this design is a detailed analysis of the graphite mining area of the Dong Chong River, including the analysis of mining conditions, the selection of mining methods and the stability analysis of the stope. According to the geological conditions and technical and economic conditions of this mining area, the Short-hole shrinkage method and Down direction filling mining method are selected as the alternative mining methods. Then the stability analysis of the two mining methods is carried out through the FLAC3D numerical simulation software, and the stability of the two mining methods is compared, By comparing the results of numerical simulation of stope stability in the two mining methods, it is concluded that the down direction filling mining method is more suitable for the mining of this orebody.

Key words: short-hole shrinkage method; down direction filling mining method;stability of surrounding rock; numerical simulation

目录

第0章 背景及意义 6

第1章 东冲河石墨矿开采条件分析^[2] 7

1.1 矿区自然地理条件 7

1.2 矿区地质特征 7

1.3 构造 7

1.4 岩石性质 8

1.5 矿床地质特征 9

1.6 矿体特征 9

1.7 矿石类型和特征 9

1.8 矿区水文地质条件 10

1.9 本章小结 10

第2 章 采矿方法选择^[3] 11

2.1采矿方法初选 11

2.1.1主要技术经济条件 11

2.1.2 采矿方法比较 12

2.1.3 采矿方法选择的初步结果 13

2.2 采矿参数的选择^[4][5][6] 14

2.2.1 浅孔留矿法 14

2.2.2 下向分层胶结充填法 15

2.3 本章小结 16

第3章 数值模拟 16

3.0 引言 16

3.1浅孔留矿法数值模拟^{[7][8][9][10]} 16

3.1.1工程概况 16

3.1.2模型构建 17

3.1.3初始地应力 18

3.1.4初始位移 19

3.1.5分层开挖 19

3.2 下向分层充填采矿法^{[11][12][13][14][15]} 22

3.2.1工程概况 22

3.2.2模型构建 23

3.2.3初始地应力 23

3.2.4分层开挖及充填后的位移 24

3.2.5分层开挖及充填后的最大主应力 26

3.3比较分析 28

3.4 本章小结 28

第4章 结论 29

第0章 背景及意义

石墨是碳元素的结晶矿物，由于其优良的导电性，导热性，润滑性等，广泛应用于钢铁，冶金，航空航天和信息技术行业。我国每一年消耗石墨均100万吨上下，首要用于钢铁、铸造业、耐火材料等范畴。湖北省晶质石墨矿物资源储量居于全国第十一位，保有储量156.1万吨。

东冲河石墨矿区位于兴山县县城110°，隶属于兴山县水月寺镇东冲河村所管辖，矿区有公路可与省道相连，交通较为便捷。矿区内以农业生产为主，森林覆盖面积比较大，水资源比较丰富，水质良好，电力的供应情况也较充足。 这些条件使它基本上可以满足矿山的需求。 除此之外矿区周边地区还不属于旅游区和自然保护区管辖，有利于矿山开发建设。

第1章 东冲河石墨矿开采条件分析

1.1 矿区自然地理条件

矿区海拔969~1421.4米，地表矿体分布高程多在1000〜1100米范围内，地形切割更加激烈。 气候湿润并且多降雨，属于亚热带内陆山地气候，每年的年最大降水量1702.7毫米，最小降水量768.7毫米。区内水系不太发育，仅有东冲河溪流呈现北东向横贯东冲河石墨矿区。

1.2 矿区地质特征

矿区出露地层为水月寺岩群富铝质片岩大理岩组，根据矿区地质普查报告，由上到下可以划分为上段和下段。下段则又可以进一步分为上亚段和下亚段。 下亚段部分分布在采矿区区的北部边缘，矿区只有裸露的顶部部分。上亚段是这个区域内含有石墨矿石的岩石体系区域，按照岩石组合特征可以分为上、中、下三个部分，中部是石墨主要赋存部位由上而下大致可分七个岩层。

下亚段的岩石类型以二长均质混合岩为主，局部地方混杂有斜长均质混合岩以及长英质混合岩。上部位于矿区的南部边缘，只是露出其底部。 它的主要岩石类型主要由二长均质混合岩和斜长均质混合岩组成，局部区域具有少量黑云斜长片麻岩。

1.3 构造

东冲河矿区处于黄陵断穹核北部圈椅埫穹隆南东翼，单斜构造，整个地层以东北倾斜，倾向于东南倾斜角度在45-75°，部分地层倾向于相反的方向。 根据相互关系，断层结构早晚发展分为两个阶段。 根据断层分布方向，可分为近东西，北西和北东方向的三个组。 由脉状岩石填充的近东西部断裂早期构造地层，大体倾向南东，倾角50°左右，部分穿切矿层，但影响不大。主要断层共四组，分别是F1断层、 F2断层 、F4断层、 F5断层。北西向断裂早期构造形迹由脉岩充填，部分切割矿层，主要断层也是四组，分别是F6断层 、F7断层、 F8 断层、F9断层。其中F8断层分布于矿区中部0~7线间，延长65米，断层走向340度，倾向70度，倾角50度，断面光滑成波状，破碎带宽0.5~1米，断层两盘岩石遭受挤压，破碎强烈，断层的性质是压扭性的。该断层切割矿床，将东盘向北移动，并且使西部盘区的矿床产生了多达4米的位移，对矿层的连续性产生相当程度上的破坏作用。北东向断裂主要是F9断层，分布于矿区中部鲁家包南侧，延长250米，走向40度，倾叫60度左右。性质属于压扭性断层，对矿层无影响。

1.4 岩石性质

矿区内的岩石分布情况，主要的种类主要有黑云斜长片麻岩，黑云片岩，白云石大理岩，半透石灰岩，云母石墨片岩，石墨二云片岩，石墨黑云斜石等。该地区的岩浆岩是中等酸性和基性的玄武岩。 岩浆岩的主要类型有辉长辉绿岩（βv）和辉绿岩（βμ），其中大部分是沿着早期断层的层间侵入形成的，呈现斜面或斜纹，斜交层理性分布。 倾斜矿层和矿石切割层侵入矿脉脉对矿石的破坏作用包括：矿石变薄，连续性恶化，矿石破碎。

在普查工作中，岩石物理和力学测试是在对石墨矿体顶部和底部的围岩取样后进行的，试样共3组（其中片麻岩2组，大理岩1组）。据详查，从钻孔岩心中补充采取区内主要矿体围岩黑云斜长片麻岩4组，辉绿岩1组。从岩石饱和抗压强度结果来看，二云片麻岩、大理岩和辉绿岩属坚硬岩石类，而黑云斜长片麻岩的坚硬程度是半坚硬岩类，含石墨黑云斜长片麻岩则属软弱岩类。岩样的物理力学指标见1。

表1 岩石主要力学测试结果统计表

1.5 矿床地质特征

东冲河矿区石墨矿床的成因类型为变质矿床。石墨矿床发生在水月寺岩组富含铝的片岩大理石群下段上亚段中部。矿区里面含有石墨矿石的岩系岩石类型包括了混合黑云斜长片麻岩和混合质石墨黑云斜长片麻岩，黑云片岩，云母石墨片岩，石墨二云片岩，白云石大理岩和透闪～透辉岩组合。

矿区含有石墨岩层的原始岩石含碳酸盐岩，含少量硅质岩，泥质粉砂岩，粉砂质泥岩和富含钙质泥质粉砂岩，碳质和有机质的粉质泥岩。这种类型的岩相组合反映了含泥质粉砂岩，粉砂质泥岩和碳酸盐岩的含石墨岩系的浅海相节理沉积旋回特征。

1.6 矿体特征

在东冲河矿区，有三条石墨工业矿层，即为2号，3号和4号。 2号矿层为主要工业矿层，可以圈出3个矿体（II-1，II-2，II-3）; 第3和第4号矿层是次要的工业矿层。此中3号矿层可划分出3个矿体（依照次序是Ⅲ-1矿体、Ⅲ-2矿体、Ⅲ-3矿体），Ⅳ号矿层可圈出1个矿体（Ⅳ-1）。由于第Ⅱ号矿层为主要工业矿层，故在下面分别描述这个矿层每个矿体的产状和品位如下：

Ⅱ-1矿体：矿体走向北东东，倾向南南东，倾角55度，属于急倾斜矿体，沿走向长度为150米，最大斜深98米，矿体赋存标高990～908米，埋深0～82米，矿体厚度2.00～9.75米，平均厚度3.60米，属于薄到中厚矿体；品位4.51～10.66%，平均品位7.27%。

Ⅱ-2矿体：矿体走向北东东，倾向南南东，倾角43～62度，属于倾斜到急倾斜矿体，沿走向长度为964米，斜深78～206米，矿体赋存标高1151～897米，埋深0～158米。矿体厚度2.00～15.80米，平均厚度4.96米，属于薄到中厚矿体；矿体品位3.00～10.99%，平均品位5.70%。

Ⅱ-3矿体：矿体走向北东东～北东，倾向南南东～南东，倾角47～55度，属于倾斜矿体，似层状产出。沿走向长度为203米，斜深176米，赋存标高1324～1140米，埋深0～172米。矿体厚度2.00～10.23米，平均厚度5.94米，属于薄到中厚矿体；矿体品位3.00～10.24%，平均品位6.15%。

1.7 矿石类型和特征

东冲河矿区石墨矿的矿物构成由石墨和脉石矿物构成。石墨呈鳞片状，直径为0.01〜14mm，一般为0.03〜0.26mm，含量为5〜30％。 矿区的71.6％石墨直径大于0.15mm，其中Ⅱ矿层大于1mm的占9.2%，0.3～1mm的占31.2%，0.15～0.3mm的占27.6%，小于0.15mm的占32.0%；Ⅲ矿层大于1mm的占17.8%，0.3～1mm的占40%，0.15～0.3mm的占21.1%，小于0.15mm的占21.1%。Ⅲ矿层石墨鳞片大于Ⅱ矿层。Ⅱ矿层的石墨片径地表大于深部，Ⅲ矿层则深部石墨片径略大于地表，各类型矿石的石墨片径相差不大。

矿区石墨矿可分为三种天然类型: 石墨黑云斜长片麻岩、云母石墨片岩、石墨云母片岩;矿石工业类型属晶质大鳞片状石墨。

1.8 矿区水文地质条件

矿区一般位于中低山区，地形以东高西高，东部陡峭西部平缓，南北两侧为高而中部较低。矿区位于黄陵断层核北部和圈椅埫穹窿南东翼。水月寺（岩）群北部位于混合变质复杂断裂含水岩体单元区北部，整体为南北倾斜单斜裂隙储水的结构体。矿区里面的东冲河是主要地表水，是矿区最低侵蚀参考面（海拔969m）。大部分工业石墨矿体埋藏在当地的侵蚀参考面之上，石墨矿床周围的围岩含水性较弱。矿区水文地质勘查类型“以裂隙含水层充水为主，顶、底板直接充水，水文地质条件复杂程度为中等的矿床”。

1.9 本章小结

通过对兴山县东冲河石墨矿区的自然地理条件、地质特征、地质构造、岩石性质、矿区水文地质条件以及矿矿石及矿体的基本组成要素的分析，得出此矿床的基本情况属于：矿床和矿体埋藏条件以及周围地质条件较为复杂、开采较为困难。第2 章 采矿方法选择

2.1采矿方法初选

2.1.1主要技术经济条件

1) 地表允许崩落的可能性：该矿山属山地河流下倾斜的薄至中厚矿体，且矿石及围岩的稳固性较差，地表围岩不允许陷落。全面采矿法和房柱法法回采矿房时，采场以敞空形式存在，仅依靠矿柱和围岩自身的强度来维护，所以不适用于该矿山，可以首先排除。崩落法以崩落围岩的方式来进行地压管理，因为受限于矿石和围岩的稳固性和上覆岩层，同样不适用于此。

2) 矿石及围岩的稳固性：根据矿山的地质资料，矿石和围岩的稳定性属于中等稳定至不稳定，较为合适的采矿方法是浅孔留矿法和充填采矿法。

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