深部地下采矿的岩石力学问题---Creighton mine

1 引言

深部地下采矿面临着许多困难，主要有提升运输问题，地压控制和岩爆问题以及作业面温度太高等。由于近日作BBM方面的工作参考了克里顿矿(Creighton Mine)的部分文献，因此本文对克里顿矿的岩石力学问题作了简要回顾，将在后续的文章中进行更详细的讨论。克里顿矿(Creighton Mine)位于加拿大安大略省大萨德伯里市(Greater Sudbury)附近，是世界上最深的镍-铜矿，目前开采深度为2.7km，由淡水河谷公司(Vale Canada Ltd)经营。在【19个全球最深的地下矿山(开采深度均超过2千米)】中，克里顿矿排名第17位。该矿自1901年以来一直在生产镍，采出的矿石在地下被粉碎，然后通过铁路送到克拉拉贝勒选矿厂(Clarabelle Mill)进行加工。

2 地表沉降

克里顿矿最初采用的是露天采矿方法，从1906年在开采深度达到60m后改用浅孔留矿法进行开采，后来改用盘区崩落法、充填采矿法以及大直径深孔爆破法等进行开采，预计到2024年它的储量将耗尽。如同任何地下采矿一样，地表沉降和地压控制是克里顿矿一直在关心的问题。早期的研究包括Brock(1956)[Panel caving at the Creighton mine]和Dickhout(1963)[Ground control at the Creighton mine]，讨论了崩落角和地压控制方面的问题。

3 溜井稳定性

随着开采深度不断增加，克里顿矿溜井的稳定性遇到了挑战，溜井破坏的主要机理是溜井相交了岩体不连续或低强度的地层。Kazakidis & Morrison (1994)使用EXAMINE3D(EX3)【边界元应力分析的几何导入(Geometry Import)---Map3D to EX3】研究了采矿顺序对溜井稳定性的影响，使用Ubiquitous节理分析确定剪切带的方向对采矿诱发应力的重要性，使用UDEC调查了岩块对溜井稳定性的影响。

4 岩爆和地震

克里顿矿遇到的另一个突出地压问题是岩爆。Langille(1992)研究了在低能量岩爆条件下喷射混凝土和金属网的联合支护以控制地压[Effectiveness of shotcrete and mesh support in low energy rockburst conditions]；Wiles(1998)研究了岩体的能量释放过程[Correlation between local energy release density and observed bursting conditions]；Malek(2008,2009)报告了岩爆诱发地震的管理[Management of high stress and seismicity; Geomechanics strategies for rockburst management]; Snelling(2013)详细调查了地质结构和应力诱发矿震[The role of geologic structure and stress in triggering remote seismicity]。

近年来，克里顿矿发生多次3.0Mn以上的地震事件，给采矿工作造成了潜在的危险。在刚刚结束的RaSiM10 2022会议上，该公司提交了一篇论文，讨论了矿震对支护系统的影响[Performance of the Support System Following Multiple 3.0+ Mn Seismic Events at Vale’s Creighton Mine - A Case Study]。这篇文章回顾了过去五年发生的矿震，特别强调了3.0+Mn事件的发生机理和可能的触发因素；概述了过去几年动态支护系统的性能与演化；介绍了2020年4月23日发生的3.6 Mn地震的深入分析结果、吸取的教训以及为最大限度减少和防止未来发生大型地震所造成的损害而采取的缓解策略。这些策略使得2021年1月15日发生的3.2Mn、2.7Mn和3.7Mn事件造成的损害降到最低，这次地震仅造成了非常小的损害，包括回填材料发生了轻微晃动(约1吨)和附近露天矿边坡的一些矿石发生滑落(约300吨)。