中深孔房柱开采嗣后充填采矿法采场安全稳定性研究.pdf
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1、中深孔房柱开采嗣后充填采矿法采场安全稳定性研究席政1,湛娇2,席德美3,席燕4(1.毕节市应急管理服务中心,贵州 毕节市 5 5 1 7 0 0;2.赫章县第二中学,贵州 毕节市 5 5 3 2 0 0;3.盘州市水务局,贵州 六盘水市 5 6 1 6 0 1;4.湖北省华网电力工程有限公司贵州分公司,贵州 贵阳 5 5 0 0 0 3)摘 要:以贵州某磷矿为研究对象,运用F L A C 3 D对中深孔条带和水平条带房柱开采嗣后充填采矿法采动模拟进行矿体开采过程的三维力学计算分析。采用中深孔条带房柱开采嗣后充填采矿法上分段首次开采时顶板沉降量为2.7 4mm,矿柱开采时顶板沉降量增加至1.3
2、8c m,下分段开采过程中,顶板沉降最大值分别为1.4 2c m、1.7 5c m,上分段矿房回采完成后矿柱所受压力约1 2M P a,下分段矿柱开采完成后压力增至1 41 5M P a,上、下分段各步骤下最大主应力都呈现出受压状态,岩体未产生受拉破坏;中深孔水平条带房柱开采嗣后充填采矿法下、上两个分层矿房、矿柱顶板沉降数值分别为3.6 7mm、7.0 9mm、9.7 1mm、1.5 5c m,下、上两个分层矿房开挖完成后矿柱所受压应力为7 8M P a,各步骤下围岩最大主应力都表现为受压状态。从综合位移变化、应力分布情况来看,充填体能够起到一定的承压作用,总体来说开采过程趋于稳定。关键词:磷
3、矿;中深孔房柱开采嗣后充填采矿法;采场稳定性;顶板沉降0 前言目前,非金属地下矿山稳定性预测的分析研究已被广泛应用于实际工程中,并发挥了相当重要的作用,逐步被引用到矿山工程当中。经过长期不断发展,国内外矿山稳定性预测的分析研究种类繁多,马金亚等1对阶段空场嗣后充填采矿法采场结构参数了研究,张云韦等2提出采场稳定性数值模拟分析,罗黎明3研究了F L A C 3 D在地下矿山采场稳定性分析中的应用,齐发富等4对采矿工艺与采场稳定性进行了分析研究,胡超等5对阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性进行了研究。本文运用F L A C 3 D对中深孔条带和水平条带房柱开采嗣后充填法采动模拟进行矿体开采过
4、程的三维力学计算分析,主要研究围岩综合位移变化和应力分布情况,为下一步开采过程中制定和采取安全防范措施提供参考依据。1 模型建立1.1 基本假设对围岩介质性质及计算模型作必要的假设,也要对矿山地质条件、受力条件、采空区等作必要的简化处理,本次模型建立的简化处理如下:(1)将围岩视为连续均质、各向同性的力学介质;(2)忽略小型断层、节理、裂隙等不连续面对矿体开采过程中的影响;(3)计算过程只对静荷载进行分析且不考虑岩体的流变效应,不考虑地下水、爆破振动对采场稳定性的影响;(4)井下的开拓巷道、采场工程等对采空区围岩力学状态的影响只在局部区域,因此忽略对采空区围岩应力分布的影响。1.2 强度准则构
5、造一个模拟空区围岩的数值模型需要定义岩体性质的数学模型,即本构模型。由于本次计算研究范围涉及的岩体、矿体及充填体均属弹塑性材料,因此,模拟计算可采用理想弹塑性本构模型 摩尔 库仑(M o h r-C o u l o m b)屈服准则判断岩体的破坏情况:fs=1-31+s i n1-s i n-2c1+s i n1-s i n式中,1,3分别为最大和最小主应力;c,分别为黏结力和内摩擦角。当fs0时,材料将发生剪切I S S N1 6 7 1 2 9 0 0C N4 3 1 3 4 7/T D采矿技术 第2 3卷 第3期M i n i n gT e c h n o l o g y,V o l.2
6、 3,N o.32 0 2 3年5月M a y.2 0 2 3破坏。在通常应力状态下,岩体的抗拉强度很低,因此可根据抗拉强度准则(3T)判断岩体是否产生拉破坏。1.3 边界条件与参数相同地质条件下,采场结构参数不同,开采过程中的应力分布、位移变化也存在差异,开采下的应力与位移变化情况决定了采场整体的稳定性,从而影响矿体安全开采。矿体开采过程中应力传递与分布、位移变化情况复杂,可利用数值计算方法进行采场结构参数的稳定性分析。各个岩层围岩力学参数依据为2 0 2 0年 贵州省某磷矿勘探(保留)资源储量核实报告,并结合常用的围岩力学参数表补充选取,具体围岩物理力学参数见表1,充填体用料参数见表2,将
7、参数代入模型中进行数值模型初始化,得到围岩体的原岩应力场,完成模型构建工作。表1 围岩物理力学参数层位密度/(g/3)抗拉强度/M P a弹性模量/G P a泊松比/黏聚力/M P a内摩擦角/()1 m 2.5 05.4 5 51 1.3 90.3 10.3 23 7 1 n 2.6 26.1 02 6.8 80.2 91.4 44 2 1 g z 2.7 43.6 22 3.6 20.3 03.6 42 8.5Z2d y 2.7 36.5 54 3.9 80.2 74.8 43 8表2 充填体用料参数充填类型 灰砂比抗压强度/M P a充填体质量/(k g/m3)砂浆密度/(k g/m3)
8、所占比例/%一步骤高强度充填1 4R 2 8 1.51 3 8 41 8 5 1.45 0二步骤低强度充填1 1 0 R 2 8 0.51 3 2 81 8 4 1.62 5二步骤低强度充填1 2 0 R 2 8 0.21 3 0 51 8 3 8.02 52 中深孔条带房柱开采嗣后充填采矿法采动模拟分析 这种采矿方法适用于矿体顶板稳定性中等及以上、矿体与围岩接触面平整、水平或缓倾斜矿体。盘区沿走向长为2 0 0m,中段高度为3 0m,1 5m为一个分段,斜长为2 0 3m,走向上从盘区一翼向另一翼后退式开采,开采时先采奇数矿房,开采完后用高强度充填料充填作为偶数矿房开采时的矿柱;充填体强度达
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