多中段回采对采空区顶板稳定性影响的研究.pdf

I SSN 16 71 29 0 0 CN 4 3 ～ 1 3 4 7 ／ TD 采矿技 术 第 1 3卷 第 1 期 M i n i n g Te c h n o l o g y，Vo 1 ． 1 3 ， No ． 1 2 0 1 3年 1月 J a n ．2 o l 3 多 中 段 回 采 对 采 空 区 顶 板 稳 定 性 影 响 的 研 究 杨 福 波 铜 陵有 色股 份金 口岭矿业 公 司 ， 安徽 铜 陵 市 2 4 4 O 0 0 摘要 运 用有 限元数 值模 拟 分析 了某钨 矿 多 中段 回采过 程 中顸板 应 力的 变化 ， 分析 结果 表明 在矿 山不断的回采过程 中， 下部 中段 回采会造成上部 中段 采空区应力集中， 且集 中 程度越来越高， 不利于采空区顶板稳定 ， 严重影响深部回采。建议矿 山在深部开采中改用 嗣后 充填采矿 方法， 及时处理采空 区， 并建立地表位移和地压监测 系统。 关键 词 深部 开采 ； 留矿 法 ； 采 空 区 ； 多 中段 回采 ； 顶板 稳 定性 ； 有 限元 分析 1 矿 山概 况 性分析， 尤其是采空区顶底柱稳定性分析值得研究。 某钨矿矿体为急倾斜薄矿脉， 矿石 和围岩 比较 稳 固， 且不具有 自燃性、 氧化性和结块 性 ， 矿体厚度 为 0 ． 1 ～2 ． 0 m。 目前 ， 该 钨矿 山开采 时 采用 了多 种 留矿 法方 案 ， 包 括 杆柱 留矿 法 、 矿房 留矿 法 、 分 段 留 矿 法 、 短矿 房 留矿 法 、 假 底 木 质 留矿 法 、 钢 筋 混 凝 土 假 底 留矿 法 、 爬 罐 天井 中深 孔 留矿法 、 振 动放 矿漏 斗 留矿 法 、 固定 漏 斗 留 矿 法 、 过 路 漏 斗 留矿 法 等 。其 中 ， 短 矿房 留矿 法 所 占 比例 较 大 ， 一 般 在 一 条 矿 脉 中 ， 在 一矿 块 布置一 个 中央 天井 ， 其他 矿块 大 部分 在 短 采 区布 置 。其 中段 高度 为 4 0 m 左 右 ， 采 区 长度 一 般 为 8 0 ～1 0 0 m， 短 采 区 留矿 法 有 2 O ～8 O m， 顶 底柱各 留 3 m， 漏斗间距 4 ～6 m。图 1为某矿房单 体设计图， 其 中采场具体设计 参数为 采 区长度 为 7 5 ． 4 m， 顶 柱 3 m， 底 柱 2 ． 2 m， 漏斗 间距 为 5 m， 中 段 高 度为 4 2 ． 2 m。 图 1某矿房单体设计 该 矿 山采 用 留矿法 开采 ， 形 成大 量 的采空 区 ， 且 尚无充填处理空区的相关设施 。多中段采空区稳定 2 有 限元模型 的建 立 本文有 限元 程序 计算 分析 中， 本构模 型 采用 MC模型 ， MC材 料选项采用 M C Mo h r C o u l o mb 屈 服 准则 。MC材料 选 项 中需 要 输 入 6个 参 数 弹性模量 E、 密度 p 、 泊松比 “ 、 内聚力 C、 内摩擦 角 以及膨胀角。膨胀角在屈服过程中影 响土体的 体积变化 ， 对岩体的变形没有多大影响 ， 此次计算时 假定围岩没有体积变化 ， 则取膨胀角为 0 。 该矿 山矿体上下盘围岩 主要为花 岗岩 ， 节理裂 隙不 发 育 ， 稳 定 性 好 ， 矿 岩 接 触 界 面 清 晰 ， 密 度 为 2 ． 6 1 7 t ／ m。 ， 松 散系数 约 为 1 ． 6 ， 普 氏硬度 系数 ． 厂 为 矿石 1 O ～1 2 ， 花 岗岩 8 ～1 0 ， 具体参数见表 1 。 表 1 矿岩物理力学参数 弹性模量 E ／ GP a 泊松比 内聚力 C ／ MP a内摩擦 角 e ／ 。 7 4 ． 4 6 o ． 1 8 1 6 ． 9 0 6 1 ． 1 o 4 3 ． 8 3 o ． 1 o 2 8 ．6 4 5 6 ． 3 7 根据 国内外相关工程和相似计算 的取值 ， 利用 折减系数求出岩体的弹性模量 、 泊松 比、 内聚力和内 摩擦 角 ， 具体 折 减系数 见 表 2 。 表 2 岩体折减 系数 围岩0 ． 8 1 ／ 1 ． 0 矿体0 ． 8 6 ／ 1 ． 0 0 ． 6 ／ 1 ． 0 0 ． 3 4 ／ 1 ． 0 0 ． 6 ／ 1 ． 0 0 ． 2 5 ／ 1 ． 0