西部地区合资企业的圆顶型砂矿2 / 3深度区域宽矿体的开采
18.1介绍
西部地区合资的砂矿，由砂丘合并而成。该公司位于约翰内斯堡西南约50公里的韦斯托纳里亚镇附近的西部地区。(如图18.1）
图18.1
现存的矿体，由于它的几何形状和配置，所以提供了一个将要迎接的富有成效和安全性的挑战。深部开采的岩矿工程考虑了不规则的黄金分布，需要在矿山规划和采矿方法上具有灵活性。所以通过压力调整来管理高度压力的采矿环境的能力很重要。对采场稳定性的考虑是矿体成功开采的关键。
18.2地质构造
西部地区合资的砂矿位于西方兰德金矿的最南部，在兰德集团内部的经济视野中。无论是埃尔斯伯格地块还是上埃尔斯伯格集团埃尔斯伯格个人以及芬特斯多普康塔克特都在利用含金砾岩。上埃尔斯伯格构成宽礁矿体。
西部地区合资的砂矿中，芬特斯多普康塔克特最上面的暗礁被开采了，这个可以从公司的整个矿产中发现。从南北方向上划分矿体，是一个露头的被当地人称为“海岸线”的地带，定义了西部独特的单礁带和东部广阔的多礁带。（如图18.2和18.3）这些宽阔的礁石形成了海岸线的一条分叉的楔形。从海岸线向东移动，珊瑚礁的视野发散，石英粉增加了百分比。随着珊瑚礁变得更远，他们在增加厚度和降低利益。
图 18.2 图18.3
从没有品位的不发达的鹅卵石到高含金价值的多层和有渠道得砾岩，芬特斯多普康塔克特珊瑚礁从沉积物和价值两个方面显示了它的变量性质。
单个礁石宽度从0.8米到10米不等，在过去的几年中，达到可开采的采矿宽度18米的多暗礁会成为近期在南部深部块状矿区的目标。
最具代表性的地质特征是2号堤，划分了矿区。堤防的厚度从25到30米不等，加上12米宽的支架在柱子两侧各不相同，形成了一个50米宽的区域支柱。
18.3现行采矿的操作
目前的矿区如图18.4所示。目前正在进行的回采工作包括主要的常规切入迷你长壁开采的形式和在一些矿区分散的单礁切割。其次是第二次和第三次的常规削减（取决于开采能力）。这就构成了广泛的多暗礁开采，并且在该砂矿矿区占主导地位。
图18.4
二次开采涉及的方法类似于上面提到的那些传统上倾或交错漂移和填充挖掘。在未来，计划采用无轨机械化开采方法开采2 / 3设定进度区域的矿体。南方矿区深部采用改进的充填采矿法和无轨采矿机械进行开采。
18.3.1地区 1：南非东部地区的2号堤
对于南非东部地区的堤坝，上埃尔斯伯格地块被选定三个削减开采。最上面的礁层（MB礁）作为一个主要的切割被开采。各种海底暗礁让人苦恼。中间部分珊瑚礁比最上面的珊瑚礁低3米，作为二次切割被萃取。将来，最底层的宽矿体将被开采并用于三硫钼酸盐。
18.3.2地区2：2号堤防到海岸线
在堤坝西侧，最底层的珊瑚礁正在作为一个主要的削减被开采。矿体覆盖在珊瑚礁上面。宽矿体位于最底层珊瑚礁的上方，但是所有的视野都会汇集于海岸线。在西部2项目区，广泛的矿体开采目前正在进行中。
18.3.3地区3：海岸线的西部地区
海岸线的西部，只有芬特斯多普康塔克特珊瑚礁被开发。在这个矿区的开采将主要包括礁石地平面以上1.5到2米的切割回填。
18.3.4地区4：南部项目
与2 / 3深度区域相邻的是矿体南部的延伸，它是南部深处剖面的一部分。这个项目的基础是在采场宽度为30米的宽矿体上开采。该地区将被潜在的卸压切割预处理。
南方深部开采的采矿方法是一种改进的充填采矿法。这是一种周期性开采方法，比如适用于南部深部开采，只需要小范围的剖面暴露，并在短时间内进行。矿体的开采是在水平分层上进行的，并从确定的采场块的底部向上延伸。每一个水平分层将使用交错漂移和填充操作的方法从矿体坡道系统驱动进行接入切割以被开采。矿体的几何利用与应力修正集中、高度灵活提供安全机械化开采的实用采矿方法。
再往西，芬特斯多普康塔克特珊瑚礁正在停止轴柱预提取。
18.4区域稳定性
深部矿山区域的支护是利用这种强度和刚度的支持，以减少冲击地压灾害的发生，从而限制后区体积闭合，以降低面应力水平、能量释放率、剪应力过多、伴随地震。可能出现的断层损失区和非生产区用于放置这些支柱。
为了确保在2 / 3深度区域的稳定性，50米宽的倾角稳定支柱完全受回填约束，并被安置在相隔280米的地方。岩石工程设计的特点是用来确定这些柱子的位置和大小。
能量释放率，这个概念是在20世纪60年代引入的，是一种方便和容易计算的应力集中和闭合的测量方法，它们影响了采矿条件的严重性和地震活动的预期发生率等方面。基于弹性模量50 GPa和地下仪器的弹性模量，能量释放率的上限是30兆焦/立方米。
基于反分析使用金山石英岩，杨氏模量的行业标准是70 GPa。较低的杨氏模量增加了应力水平引起的应变，从而降低了能量释放率，这是由于封闭和压力造成的。这个标准进一步说明了作为一个安全边际，30兆焦耳/平方米的能源标准约有30%保守。
平均矿柱应力。区域支柱的平均矿柱应力必须小于2，1 / 2倍的单轴抗压强度的岩体即平均矿柱应力＜2.5。这个数字等于上限500 MPa；然而，为了偏于保守，将安全系数上限降低为400 MPa。
数值模拟技术用于确定这两个标准是否满足。如图18.5所示，这样的例子是从试验中得到的结果。
图18.5
18.5卸压的哲学
目前在西部2项目区进行的宽矿体开采作业在2450至2550米深处。在2／3区域和南部地区，垂直初应力的范围是70到75MPa。在这些深度的大采场宽度，前面岩石的限制很小，因此，前面的断裂带的强度很低。这增加了面曲折变形和矿柱失稳的概率，在大体积岩石中发现地质弱点的可能性增大，这进一步加剧了岩石的脆弱性。因此，大面积的地块被迫离开地面是相对容易的。这大大降低了开挖的稳定性。
可以通过操纵应力场来创建一个“伪浅”开采环境来克服这个问题（即减少70-75兆帕到15-25兆帕压力的垂直领域）。在卸压区及相关区域的开采，这样的减少是通过下向梯段回采和上向梯段回采来实现的。
在每一个选项中，卸压的结果是，垂直应力分量明显减少而水平分量仍然基本上不受影响。（如图18.6）由于最大主应力方向的变化，破裂最可能发生在上盘，因此需要安装严格的支护。
面对应力水平，和能量释放率，回填作为支撑减少关闭。除了这些功能外，如下的原因也是必要的：
在下向梯段回采削减中，将回填物紧密地贴在悬挂墙上，可以通过允许重新建立应力状态来减小悬挂墙松弛的潜在风险。这限制了层理面分离到上覆礁层的传播。
在上向梯段回采削减中，通过限制顶端的切口，回填抑制了全封闭，从而防止了应力恢复到大于或等于初始应力水平的值。这确保了大量发掘处于卸压环境。
图18.6
18.6宽矿体深部开采的设计考虑
18.6.1介绍
在深度开采中存在的固有问题需要改进应力布局、支持系统的设计和使用有效的采矿方法。有许多相互依赖的设计参数影响着深部宽矿体开采方法的设计。
根据西部地区合资砂矿企业和兰德方丹置业有限公司以往的经验，结果表明，宽矿体开采在800～1200 m之间是成功的，垂直应力分量在20～30兆帕之间。特别是在开采过程2和3阶段，利用机械化开采和广泛的回填布置，获得了高的采出率。他们是成功的确定了4轴在中间深度和卸压区深度的关系。这就是西部2项目区的设计参数概述。
18.6.2最底层珊瑚礁的卸压切削
对于宽礁卸压开采将瞄准最低的珊瑚礁的地平线。典型的将成为最底层珊瑚礁的一部分。在长壁式开采布置中，基本的最底礁层正在被常规开采。采场宽度从1.5米到最大2米不等。由于对卸压切割的要求，开采是连续的（没有矿柱被留下）。这样做是为了保证整个上面覆盖的礁包的完整性，这需要从非生产区或断层区挖掘。
支护的要求。为减少切割，采场宽度最大限制在2米，因为这样就增加了面扣紧高面宽度的可能性。
支持系统实施卸压切由预应力伸长和粉碎分级尾砂胶结充填体（硬质CCT）面支持。沟渠被下盘抬起并且使用预应力木材包装保护。回填与最终肋骨平行放置，目的是按区域实现60%的回填。图18.7显示了最底层珊瑚礁地平线上实现的支持系统的横截面。
图18.7
回填的位置是必要的，以确保床层到最上面的礁层的传播将保持在最低限度。另外，回填的位置也限制了区域矿柱，减少了可能的剪切破坏和与地震活动有关的南非的堤坝。
18.6.3 西部地区宽矿体的开采方法
铜矿的挖掘方法被用于广泛的矿体开采。在矿体的中心，通常是从礁石驱动（冲沟）间隔30米处升起。从每一个礁石驱动，4米宽的巷道开采上倾沿礁顶接触到暗礁驱动以上。一旦完成，开采然后下盘抬起完全露出礁包。宽度为开采矿体宽度数倍的柱子，如图18.8和图18.9所示，将矿物分开。
图18.8 图18.9
一旦初始的巷道被挖出来，回填物就会被放置，直到巷道被填满。第二预定矿体然后开采相邻的回填矿物。值得注意的是，这些堆积物被手持风镐和清理绞车操作铲运机开采利用。
支护的要求。广泛的矿体开采支护系统主要由定位销和肌腱组成。挂壁被2.42米的全列的灌浆销支撑，而侧壁支持包括1.216米的端锚岩柱。由于铜矿的采矿方法的本质，将在第一阶段开采后创建矿柱。一旦采空和修正，这些矿物将被回填。
回填过程需要仔细设计舱壁路障，以便在回填时放置静水压力。这主要是由螺栓和提升钢丝绳完成的。回填是放置在3米的升降机上，一直到两米长的靠墙的塞子。矿物就会被完全回填（如图18.10）。
图18.10
回填28天后，才被允许固化。在此期间，没有任何相邻采矿矿物的回填。回填的使用对于提高该区域的开采率和通过提供侧向约束来稳定矿柱至关重要。喷射混凝土会偶尔用于部分区域易碎的地面条件。在每个驱动器中，胶结的CCT回填放置在66%的矿物中。
开采顺序。由于回填要求，每个相邻8米宽的矿柱都将被开采。柱的材料可能会有不同的性质，可以由8米宽的礁柱（第一阶段），4米宽的回填物和4米宽的礁柱，或8米宽的回填支柱 （图18.9）。这一顺序对于确保项目区的整体稳定性至关重要。
图18.9
18.7矿柱稳定性
18.7.1设计标准
宽矿体的开采能否成功取决于第一阶段和第二阶段开采后矿柱的稳定性。用于评估这些支柱稳定性的设计准则是安全的因素。
安全系数是矿柱强度与平均矿柱应力之比。南非采矿业使用的一个可接受的安全系数在1.5至1.6之间。实际上，这意味着柱子可以承受的压力必须比施加的压力强66%。
柱强度（凭经验确定（公式1））采用改良的萨拉蒙和蒙罗提出的功率公式（1967）。
K =实验室测定的立方体岩体强度，
w =柱宽度，
h =柱高度，
alpha;和beta;=常数，
常用的价值公式中的指数alpha;=0.5和beta;=-0.75，基于赫德利和格兰特（1972）从反分析研究的结果。该方程考虑了矿柱的宽高比对矿柱强度的影响。
斯皮林从反分析研究中发现k介于110和140兆帕之间。由于对珊瑚礁的开采和能量损耗率的相似性，这被认为K.是一个可以接受的范围。在矿柱稳定性评价中，使用k＝110 MPa的数值来模拟最坏情况。
计算的平均柱压力，使用比索儿 MS程序套件进行了数值模拟。
18.7.2安全系数计算
在第一阶段和第二阶段发展后，8米和4米宽的矿柱稳定性分析将被实行。当没有支柱时，第一阶段的操作将在坚固的地面上进行，因此岩层控制问题是唯一的考虑。计算了第二阶段和第三阶段的开采。
8米宽的矿柱稳定性。只有三根柱子（6%）在第一阶段后不能满足设计准则。然而，由于缺乏加固，在这些采矿过程中，这些都在最底层珊瑚礁平台的桥台上。
4米宽的矿柱稳定性。第二阶段开采后，对未能满足设计标准的百分比大幅度增加，增加了40%。为了确定这些柱子可以开采的最佳高度，计算的采场安全系数为9 米，6 米，5 米，和3米。在采场宽度为6 m的情况下，大多数矿柱满足设计规范，但在采场底部的三根矿柱中除此之外。
18.7.3结果
从数值模拟和安全系数计算，得出的结论是，第一阶段可以开采的高度为9米，而第二阶段和第三阶段阶段可以开采的最大高度为6米。
大规模采矿行动的成功是完全是由最底层珊瑚礁的地平线的下向阶段开采决定的。由于该基坑尺寸和表面以下的深度，所有大规模的开采必须开挖卸压地面。因此，该下向阶段开采将进一步扩大确保整个项目区的泄压限度。
这种设计可能被认为是保守的，因为在宽矿体开采中所规定的设计准则用于长期稳定性设计，而不考虑回填约束的影响。
支柱设计领域的专家通过商议得到了项目区使用的设计标准。大家一致认为该采矿方法是正确的。然而，立方强度K的值可能是保守的。并通过进一步加强试验室测试，以确定K的值。
18.8定义输入参数和评审设计标准
18.8.1矿柱强度估算
由于深部金矿采场矿柱稳定性的资
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