程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究.pdf

程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究 ① 裴明松， 许梦国， 程爱平， 王 平 （武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 ４３００８１） 摘 要 程潮铁矿矿体随开采水平下降而逐渐西移，导致选厂下保安矿柱的矿量逐渐增加。 为了保护地表选厂同时尽可能回收矿 石资源，程潮铁矿采用充填法回收保安矿柱和无底柱分段崩落法开采塌陷坑下矿体联合开采回收－４３０～－５００ ｍ 阶段矿体。 为了防 止两种采矿方法交界处的采矿活动相互影响，采用数值模拟方法，选取 １５ ｍ、２０ ｍ 和 ２５ ｍ 厚度的隔离矿柱分别建立了联合开采数 值模型模拟开采，得到联合开采后地表沉降以及充填采场的安全系数，并对其进行比较。 结果表明，隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 时，选厂 地表监测点的沉降值较小，充填采场安全系数较高，能够满足选厂和充填采场安全性要求，同时矿柱压矿量少，经济效益较优。 研 究结果能够为矿山的实际生产提供一定的指导。 关键词 隔离矿柱； 合理厚度； 地表沉降； 安全系数 中图分类号 ＴＤ８５３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１６．０５．００２ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１６）０５－０００５－０５ Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎ Ｐｉｌｌａｒ ｆｏｒ Ａ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ Ｃｈｅｎｇｃｈａｏ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ ＰＥＩ Ｍｉｎｇ⁃ｓｏｎｇ， ＸＵ Ｍｅｎｇ⁃ｇｕｏ， ＣＨＥＮＧ Ａｉ⁃ｐｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｐｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００８１， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｅ ｂｏｄｙ ｍｏｖｅｓ ｔｏｗａｒｄ ｗｅｓｔ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｇｏｉｎｇ ｄｅｅｐｅｒ， ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｓａｆｅｔｙ ｐｉｌｌａｒ ｗｉｔｈ ｏｒｅ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｍｉｎｅｒａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｓ ｍｕｃｈ ａｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｗｈｉｌｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｐｌａｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ， ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂａｃｋ ｆｉｌｌｉｎｇ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒ ｓａｆｅｔｙ ｐｉｌｌａｒ ａｎｄ ｐｉｌｌａｒｌｅｓｓ ｓｕｂｌｅｖｅｌ ｃａｖｉｎｇ ｔｏ ｓｔｏｐｅ ｏｒｅｂｏｄｙ ｕｎｄｅｒ ｃｏｌｌａｐｓｅｄ ｐｉｔ， ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｒｅｃｏｖｅｒ ｏｒｅｂｏｄｙ ａｔ ｔｈｅ ｌｅｖｅｌ －４３０～－５００ ｍ ｉｎ Ｃｈｅｎｇｃｈａｏ Ｉｒｏｎ Ｍｉｎｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ⁃ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅａ， ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐｉｌｌａｒ ｉｎ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ １５ ｍ， ２０ ｍ ａｎｄ ２５ ｍ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｓｔｏｐｅ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｏｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐｉｌｌａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ２０ ｍ， ｔｈｅ ｄｒｅｓｓｉｎｇ ｐｌａｎｔ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｓ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｔｏ ｈａｖｅ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｓｔｏｐｅ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ， ｍｅｅｔｉｎｇ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ， ｏｒｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐｉｌｌａｒ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｂｅ ｓｍａｌｌ， ｂｒｉｎｇｉｎｇ ｉｎ ｂｅｔｔｅｒ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ． Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ ｐｉｌｌａｒ； ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ； ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ； ｓａｆｅｔｙ ｆａｃｔｏｒ 在国际铁矿石价格出现断崖式下跌后，程潮铁矿 在完成集团公司的生产任务之外，也要考虑如何保证 矿山经营指标的实现。 在开采进入中深部以后，矿体 逐渐西移，随之而来的是选厂预留保安矿柱所占的资 源量越来越大。 为了保护地表选厂同时尽可能回收国 家矿产资源，在经过一系列优选之后，程潮铁矿采用充 填法回收保安矿柱、无底柱分段崩落法回收塌陷坑范 围内矿体联合开采的方法。 为了防止两种采矿方法交 界处的采矿活动相互影响，有必要在两种采矿方法衔 接区域设置隔离矿柱降低两种方法联合开采对采场的 安全性和选厂区域地表的影响。 确定隔离矿柱的合理 厚度不仅能够保证采场和地表的稳定性，同时能够尽 ①收稿日期 ２０１６－０３－２５ 基金项目 国家自然科学基金项目（５１６０４１９５） 作者简介 裴明松（１９９１－），男，河南南阳人，硕士研究生，主要研究方向为采矿工艺优化及采矿方案评价。 通讯作者 程爱平（１９８６－），男，湖北仙桃人，博士，讲师， 主要研究方向为采矿工艺及矿压监测。 第 ３６ 卷第 ５ 期 ２０１６ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３６ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１６ 万方数据 可能多地回收矿石，增加经济效益。 １ 工程概况 隔离矿柱合理厚度的确定是一个复杂的安全、经 济多目标系统问题，受采场围岩强度、联合开采回采顺 序、采场安全系数、地表稳定性以及出矿量制约。 在同 一开采水平采用联合开采生产组织管理难度较大，对 设备和人员的管理要求较高，因此只有部分矿体产状 变化较大的矿山在实际生产中采用，且基本不涉及两 种或多种采矿方法的衔接处隔离矿柱的布置问 题［１－２］。 目前国内隔离矿柱的研究多存在于露天转地 下开采以及崩落转充填开采，隔离矿柱的布置多为水 平布置方式［３－４］。 因此，程潮铁矿采用两种采矿方法 联合开采隔离矿柱的合理厚度研究没有可参考的实际 矿山案例。 本文以隔离矿柱的合理厚度作为研究目 标，以充填采场及隔离矿柱的安全系数以及地表沉降 作为决策要素，研究在不同隔离矿柱厚度下充填采场 的安全以及地表沉降的规律，考虑出矿量以及经济效 益，寻找能够满足充填采场的安全系数以及地表稳定 性的隔离矿柱最小厚度，为矿山生产提供一定的参考。 由于－４３０～－５００ ｍ 阶段矿体是程潮铁矿下一阶 段的重点开采对象，－４８２～－５００ ｍ 分段为该阶段的最 后一个分段，保安矿柱的矿量以及崩落法采场覆盖层 的厚度也很大，故将该阶段作为联合开采隔离矿柱厚 度的研究对象，具有代表性。 目前，矿山实际生产中保 安矿柱岩层移动角为 ６２，根据矿山实际情况，选取典 型剖面，建立开采示意图如图 １ 所示。 图 １ 矿体开采示意 根据程潮铁矿充填法回收保安矿柱的试验段的相 关经验，将矿块划分为矿房和矿柱，其宽度分别为 １３ ｍ 和 ７ ｍ，采用充填法采矿时考虑到地表变形不能过大， 仅回收矿房，留矿柱与充填体支撑上部岩体荷载。 由于 隔离矿柱同时作为附近矿块的矿柱使用，根据专家建 议，选择隔离矿柱厚度从 １５ ｍ 开始，按照 ５ ｍ 的梯度增 加，进行研究的隔离矿柱厚度分别为 １５，２０ 和 ２５ ｍ。 ２ 联合开采数值模拟 ２．１ 模型的建立 数值分析是分析岩土工程复杂问题的常用有效研 究手段，通过数值模拟矿体开采过程能够直观分析采 矿过程中的问题，从而达到研究目的［５］。 根据矿区实 际情况，由图 １ 所示矿体开采示意图建立数值模型，如 图 ２ 所示。 利用 Ａｎｓｙｓ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 并导入 ＦＬＡＣ３Ｄ则可 以避免 ＦＬＡＣ３Ｄ建立不规则模型的缺点［６］。 利用 Ａｎｓｙｓ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ 建立三维模型并划分网格，模型的长宽 高为 ２ ０００ ｍ １０ ｍ １ ２００ ｍ， 网格为四面体网格，总 计单元 ８４ １９９ 个，节点 ２７ ２２３ 个。 将上述模型导入 ＦＬＡＣ３Ｄ中进行数值计算。 为了研究在不利条件下采 场与隔离矿柱的稳定性情况，模拟中充填法和崩落法 均一次开采完毕。 图 ２ 矿体开采数值模型 ２．２ 模型初始条件及边界条件 自重应力以及构造应力相互叠加形成模型边界的 应力约束，构造应力中，最大主应力 σ１为水平方向， σ１＝ １．２７γＨ ，最小主应力 σ３基本与矿体走向垂直， σ３＝０．４４γＨ，次主应力 σ２＝ １２．７ ＭＰａ。 模型的自重应 力及其水平分量可以通过下列算式［７］获得 σｖ＝ γＨ（１） σＨ＝ μ １ － μγＨ （２） 式中 σｖ为自重应力；γ 为岩体容重；Ｈ 为岩体赋存深 度；σＨ为自重应力水平分量；μ 为覆岩的泊松比。 在模型的左右侧面施加水平位移约束，在其前后 侧面施加固定位移约束，底部施加竖直约束。 由于模 型的上表面为实际地表，故不施加任何约束。 ２．３ 物理力学参数 根据矿区地质资料显示，在矿体上盘围岩以大理 岩和矽卡岩为主，下盘以花岗岩、闪长岩以及矽卡岩为 主。 围岩及矿体的物理力学参数通过现场采样经实验 室中岩石力学实验获得。 数值计算中岩体的物理力学 参数经过实验室岩样的参数折减获得［８］。 如表 １ 所示。 ６矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 表 １ 数值模型中的岩体力学参数 岩性 容重 ／ （ｋＮｍ －３ ） 弹性模量 ／ ＧＰａ 泊松比 内摩擦角 ／ （） 粘聚力 ／ ＭＰａ 大理岩２７．３４．５０．２１３１．３６．４８ 花岗岩２６．３４．８０．２３３６．２３．５０ 磁铁矿３６．５５．２０．２８３３．６５．３２ 崩落散体１８．６０．６０．３３２０．００．６０ 充填体２２．１０．６０．２９２８．００．６０ 矽卡岩２７．４３．４０．３２２０．０３．５０ 闪长岩２５．９４．５０．２８３４．０５．１２ ２．４ 选择本构模型 由于上述围岩及矿体均属于弹塑性材料，故选取 摩尔⁃库伦屈服准则进行计算［９］ ｆｓ ＝ σ １ － σ ３Ｎ － ２ｃ Ｎ （３） 式中 σ１为最大主应力；σ３为最小主应力；Ｎ 的取值 为Ｎ＝ （１＋ｓｉｎφ） ／ （１－ｓｉｎφ）；ｃ 为粘聚力；φ 为内摩擦 角。 一般认为，在 ｆｓ＜０ 时材料处于剪切屈服阶段，在 ｆｓ＞０ 时材料处于拉伸屈服阶段。 ３ 数值模拟结果分析 通过对保安矿柱及崩落开采矿体运用两种采矿方 法进行联合开采过程进行数值模拟，在选厂区域地表 自西向东每隔 ３０ ｍ 依次布设 １８ 个监测点来观测地表 的变形情况。 在模拟矿体开采过程中记录各个监测点 的沉降情况，分析在不同隔离矿柱情况下下部采矿生产 活动对选厂区域地表沉降的影响。 同时在记录开采结 束后充填采场的应力分布情况并得到其安全系数，从而 分析在隔离矿柱厚度的不同对采场稳定性的影响。 ３．１ 隔离矿柱厚度对地表沉降影响分析 利用 ＦＬＡＣ３Ｄ软件模拟－４８２～ －５００ ｍ 分段开采， 得到两种方法同时联合开采后模拟断面垂直位移情况 如图 ３ 所示。 图 ３ 不同厚度隔离矿柱下开采模型垂直位移情况 从图 ３ 中可以看到，在采用两种采矿方法同时开 采结束后，选厂区域的地表均出现了不同程度的沉降， 且影响的区域面积较开采区域面积大，自塌陷坑西侧 边缘往西地表沉降值逐渐减小。 塌陷坑区域的沉降值 远大于选厂区域的沉降，这与塌陷坑下部矿体采用无 底柱分段崩落法开采有关。 选厂区域地表监测点沉降 结果如表 ２ 所示。 根据表 ２ 得到监测点沉降值与距离 塌陷坑的距离关系曲线如图 ４ 所示。 由表 ２ 及图 ４ 可 以得到，选厂区域各监测点的垂直位移值随其与塌陷 坑距离增大而逐渐减小。 监测点的垂直位移值整体与 两种采矿方法之间隔离矿柱的厚度负相关。 对比 １５ ｍ 厚度隔离矿柱下与其他两种厚度下监测点的垂直位移 情况可以看到，在距离塌陷坑 ０～１１０ ｍ 之间的监测点 垂直位移值明显增大，增大量为 １．０１～５．２３ ｍｍ。 表明 在该区域隔离矿柱为 １５ ｍ 厚度时对地表的影响明显 较大。 对比隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 和 ２５ ｍ 时监测点的 垂直位移值可以看到，随着隔离矿柱厚度由 ２０ ｍ 增加 到 ２５ ｍ，地表垂直位移值减小量较小，近似减小 ０．３～ ０．６ ｍｍ。 此外，监测点垂直位移结果还表明，隔离矿柱 厚度为 ２０ ｍ 时，选厂区域与塌陷坑西侧边缘交界位 表 ２ 不同厚度隔离矿柱下选厂区域地表监测点沉降值 点号 距塌陷坑距离 ／ ｍ 垂直位移／ ｍｍ １５ ｍ２０ ｍ２５ ｍ １＃０ －３５．７１ －３１．０１ －３０．４８ ２＃２０ －３０．０５ －２６．８６ －２６．３１ ３＃５０ －２４．５６ －２１．９３ －２１．４１ ４＃８０ －１９．９８ －１７．９２ －１７．４３ ５＃１１０ －１６．２６ －１５．２４ －１４．７８ ６＃１４０ －１３．７５ －１３．０２ －１２．６０ ７＃１７０ －１０．７９ －１０．２７ －９．８８ ８＃２００ －８．８２ －８．４３ －８．０６ ９＃２３０ －７．４９ －７．１５ －６．７８ １０＃２６０ －６．３０ －６．００ －５．６４ １１＃２９０ －５．２８ －５．０１ －４．６６ １２＃３２０ －４．５６ －４．３０ －３．９７ １３＃３５０ －４．１０ －３．８５ －３．５５ １４＃３８０ －３．７７ －３．５３ －３．２４ １５＃４１０ －３．４４ －３．２２ －２．９３ １６＃４４０ －３．０９ －２．８８ －２．５９ １７＃４７０ －２．７７ －２．５７ －２．２８ １８＃５００ －２．５６ －２．３７ －２．０８ 置的监测点垂直位移值为 ３１．０１ ｍｍ；隔离矿柱厚度为 ２５ ｍ 时该值为 ３０．４８ ｍｍ，但是当隔离矿柱厚度为 １５ ｍ 时该值为 ３５．７１ ｍｍ，较前两者分别增大 ４．７ ｍｍ 和 ５．２３ ｍｍ，在深部开采仍然沿用两种方法同时开采 ７第 ５ 期裴明松等 程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究 万方数据 02223m                0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 0200100300400500 0*DAmm                                  15 m 20 m 25 m  图 ４ 监测点沉降值与其距塌陷坑距离的关系 时，已经可能危及到塌陷坑附近矿区公路以及选厂围 墙附近区域的安全。 此外，在研究剖面上，选厂主要构 （建）筑物距离塌陷坑边缘的距离均在 １７０ ｍ 以上，地 表的垂直位移值为 ２ ～ １０ ｍｍ，基本不会对选厂的构 （建）筑物产生影响。 综上所述，从不同厚度隔离矿柱 引起地表垂直位移值的角度而言，选取 ２０ ｍ 及以上的 隔离矿柱厚度比较合适，能够保证选厂主要构（建）筑 物、矿区公路的安全。 但是，在开采进入深部以后，主要构（建）筑物所 处范围内的地表垂直位移值可能会逐渐增大从而影响 地表构（建）筑物的安全，因此应该对该区域加强监测 并根据国家规范建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱 留设与压煤开采规程对砖混结构建筑物破坏等级的 损坏分类，对该砖混结构建筑损坏等级进行评级，及时 采取相应的措施进行处理。 ３．２ 隔离矿柱厚度对采场稳定性的影响 根据数值计算结果，将不同厚度隔离矿柱下充填 采场附近区域围岩的弹塑性区域标示出来，如图 ５ 所 示。 由图 ５ 可以看到，厚度为 １５ ｍ 隔离矿柱中塑性区 域面积最大，且在进行－４８２～－５００ ｍ 分段开采时塑性 区域已经到达上一阶段。 厚度为 ２０ ｍ 隔离矿柱塑性 区域面积次之，厚度为 ２５ ｍ 隔离矿柱最小，且在本阶 段。 但是厚度为 ２５ ｍ 隔离矿柱下采场周围的隔离矿 柱围岩的塑性区域与厚度为 ２０ ｍ 时减小面积不大。 由于模拟中未考虑充填采场的支护以及顶底柱，因此， 在不同厚度隔离矿柱下充填采场均为 ｓｈｅａｒ⁃ｐ，即在开 采模拟过程中发生剪切破坏。 同时，从充填采场及隔离矿柱周围的安全系 数［１０－１２］来看，厚度为 １５ ｍ 的隔离矿柱中安全系数在 １．２～２．２ 之间，但是在与无底柱分段崩落法交界面之间 存在多处区域安全系数小于１；采场安全系数在１．８～２．２ 之间，采场上部已充填完成的区域安全系数在 １．０～１．８ 之间。 厚度为 ２０ｍ 的隔离矿柱中安全系数在 １．８～２．２ 之间，但是在与无底柱分段崩落法交界面之间存在个别 区域安全系数小于 １；采场安全系数在 １．８～２．２ 之间，采 场上部已充填完成的区域安全系数在 １．２～１．８ 之间。 厚度为 ２５ ｍ 的隔离矿柱中安全系数为 １．８～２．６，与无底 柱分段崩落法交界面之间存在极少数区域安全系数小 于 １；采场安全系数在 １．８～２．４ 之间，采场上部已充填 完成的区域安全系数在 １．２～１．８ 之间。 因此，就隔离 矿柱及充填采场的安全系数而言，隔离厚度为 ２０ ｍ 和 ２５ ｍ 均可满足要求，并有一定的余量。 如图 ６ 所示。 图 ５ 不同厚度隔离矿柱下充填采场及隔离矿柱塑性区域 图 ６ 不同厚度隔离矿柱下充填采场及隔离矿柱安全系数 ８矿 冶 工 程第 ３６ 卷 万方数据 根据模拟开采结果及上述分析，就隔离矿柱厚度对 采场稳定性而言，２０ ｍ 厚度的隔离矿柱即可满足要求。 ３．３ 分 析 综上数值模拟分析结果可以看到，当隔离矿柱厚 度为 １５ ｍ 时，选厂区域地表监测点的垂直位移值较 大，隔离矿柱中塑性区域面积较大，充填采场和隔离矿 柱的安全系数也较其他两种厚度方案低，一旦发生较 大扰动，可能危及采矿生产的安全。 当隔离矿柱厚度 为 ２０ ｍ 时，选厂区域地表监测点的垂直位移值不大， 隔离矿柱中塑性区域面积较小，充填采场及隔离矿柱 的安全系数较高，能够保证采矿生产的安全。 当隔离 矿柱厚度为 ２５ ｍ 时，选产区域地表监测点的垂直位移 值很小，隔离矿柱中塑性区域面积较小，充填采场和隔 离矿柱的安全系数高，采矿生产活动的安全能够保证。 一般而言，在能够满足安全要求的前提下，选取经 济上最优的方案。 在隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 和 ２５ ｍ 时，就回收矿产资源角度而言，隔离矿柱为 ２０ ｍ 可多 回收铁矿石 ２６．２４ 万吨，可为企业多创造经济效益。 因此程潮铁矿回收保安矿柱的充填法和回收塌陷坑下 矿体的无底柱分段崩落法之间衔接区域预留 ２０ ｍ 厚 度的隔离矿柱为最优。 ４ 结 论 程潮铁矿采用无底柱分段崩落法回收塌陷区下矿 体和采用充填法回收选厂下保安矿柱时会面临两种采 矿方法衔接区域相互影响的问题，为了减弱该影响需 要在衔接区域设置隔离矿柱，隔离矿柱的合理厚度关 系着地表选厂以及充填采场的安全，经过对不同厚度 隔离矿柱下地表垂直位移以及充填采场安全性的数值 模拟分析，可以得到以下结论 １） 隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 选厂区域地表的垂直位 移值较小，且充填采场的安全性能够得到保证，与厚度 为 ２５ ｍ 的隔离矿柱相比可提高出矿量，增加经济效 益，因此应将隔离矿柱的合理厚度设置为 ２０ ｍ。 ２） 在隔离矿柱厚度为 ２０ ｍ 时充填采场及隔离矿 柱的塑性区域较小，隔离矿柱中安全系数在 １．８～２．２ 之间，但是在与无底柱分段崩落法交界面之间存在个 别区域安全系数小于 １；采场安全系数在 １．８～２．２ 之 间，采场上部已充填完成的区域安全系数在 １．２～１．８ 之间。 能够满足安全要求，但是还应该合理安排出矿 计划，防止在衔接区域单次爆破量过大产生强地震冲 击波对隔离矿柱以及充填采场的安全性造成威胁。 ３） 本文采用有限元的方法进行数值模拟，得到的 结果与实际可能会有一定的差异。 由于程潮铁矿两种 采矿方法联合开采衔接区域预留的隔离矿柱类型可借 鉴的经验模型较少，因此在实际运用时可将本研究作 为借鉴，但还应该结合采矿实际情况对隔离矿柱的厚度 进行更合理地取值，以期达到更经济、安全的结果。 参考文献 ［１］ 赵忠权，陈红刚． 同一采场多种采矿方法的联合应用［Ｊ］． 中国锰 业， ２０１１，２９（２）４３－４６． ［２］ 朱先艳，杨庆雨，李兴平． 浅眼留矿与向上水平分层充填法联合开 采试验与应用［Ｊ］． 金属矿山， ２００９，１１（５）１９９－２０３． ［３］ 刘洪磊，杨天鸿，许宏亮，等． 桓仁铅锌矿隔离矿柱留设方案模拟 研究［Ｊ］． 地下空间与工程学报， ２０１２，８（４）７８５－７９０． ［４］ 曾令义，潘 东． 崩落法转充填法隔离层安全厚度的确定［Ｊ］． 矿 冶工程， 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