崩落地质力学(Caving Geomechanics)---基于公 众 号文章的回顾

1 引言

采矿方法选择涉及到很多因素，没有非常精确的选择准则。从技术角度看，对一些埋深较浅的矿床来说，露天开采是首要考虑的采矿方法。随着开采深度的不断增加，露天开采的成本和维护呈现出显著的缺点，因此一些深部露天矿在开采到一定深度后会转入地下开采。从经济角度看，浅孔留矿采矿法每吨的开采费用最高，块体崩落法每吨的开采费用最低，因此现代地下采矿方法，浅孔留矿法逐渐被其它采矿方法代替。不过由于国情不同，在国内浅孔留矿法还是很流行的采矿方法。

采矿方法的选择极大地受到政策和经济的影响，露天开采和自然崩落法是过去几年选择采矿方法时非常谨慎的选择，特别是在矿业相对较多而环境影响要求极其严格的内蒙古自治区。本文仅基于过去的公 众 号文章，简要回顾了世界范围内一些主要使用崩落采矿法的矿山实例，重点考虑了崩落地质力学(Caving Geomechanics)的研究方法，作为目前项目评估的一个参考依据。

2 Malmberget

瑞典LKAB的Malmberget矿不仅是世界上最大的分段崩落法(SLC)矿山之一，而且也是最复杂的矿之一，有10到15个矿体同时开采。矿体自上而下交错堆积，即一个矿体在另一个矿体的下盘或上盘，这导致了当这些矿体同时开采时，会产生复杂的应力相互作用和变形模式。为了开发一个有效的经验工具预测采矿引起的应力变化和相关的进路变形和损伤，该矿在2019年启动了一个为期两年的监测计划，记录应力变化及其产生的后果，以监测数据作为模型校准的基础，使用FLAC3D进行了一系列数值模拟。通过数值模拟，有可能建立一个整体模型来观察应力变化以及随着相邻矿体开采而产生的变形。

主要的岩石力学问题有：由于水平应力过大导致的岩石剥落；地表塌陷，下图所示的是2012年发生的地表塌陷；岩石破碎，必须考虑岩石从峰值强度到岩石的完全破碎过程；溜矿井的稳定性。

分段崩落法导致的地表塌陷

3 Carrapateena

澳大利亚的Carrapateena铜金银多金属矿在最初(2012)的可行性分析时，曾经考虑过三种采矿方法：分段空场法(sub-level open stoping)、分段崩落法(sub-level caving)和块体崩落法(block caving)，最后决定使用分段崩落法，将来在下部低品位的矿床开采时使用块体崩落法，2020年通过了这个方案的可行性研究，目前已经开始建设。

4 Red Chris

Red Chris矿位于加拿大BC省西北部的Iskut附近，是一个由铜-金-银多金属组成的斑岩型矿床，已经有37年的露天采矿历史，该矿由Newcrest(70%)和Imperial(30%)共同拥有，由Newcrest执行运营，正在计划由露天开采转为地下开采，2021年10月，在完成预可行性研究之后，开始着手进行可行性研究，可行性研究将于2023年初完成，拟采用块体崩落法(Block Caving)开采【块体崩落采矿的岩石破碎评估方法(fragmentation assessment)】，预期在2026年下半年正式投产。

根据预可行性研究的结果，Red Chris矿拟采用无拉底块体崩落法[(2020) Undercutless caving at Newcrest - towards the next generation of cave mining]。与传统的块体崩落法不同，无拉底块体崩落法把拉底和放矿两个工序合二为一，如下图所示。