新庄铜铅锌矿含水层下防水矿柱留设计算分析

发布时间：2019-07-11 15:44

【摘要】：为研究渗流场和应力场共同作用下防水矿柱宽度合理留设问题,结合新庄铜铅锌矿17A号勘探线的实际地质条件,运用数值模拟计算软件FLAC~(3D),研究了初始渗流场的孔隙水压力和渗流速度矢量分布特征,计算了矿体回采充填过程中7个工作面的涌水量,并模拟了工作面顶板的导水裂隙带分布情况,与经验公式算得的防水矿柱高度进行比较.模拟结果表明,工作面与含水层的距离越小,渗流速度越大,涌水量越大,导水裂隙带范围越大,突水的危险也就越大;从渗流场涌水量和应力场导水裂隙带两方面来综合衡量,防水矿柱留设的高度取为40m,相比经验公式的结果提高了矿体利用率.
文内图片：

图１矿区１７Ａ号勘探线剖面图Ｆｉｇ．１Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅ１７Ａｐｒｏｆｉｌｅｍａｐｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ

图片说明：武汉大学学报（工学版）第５０卷序为力学扰动、平衡状态、流体扰动、流固耦合分析．本文所采用的耦合模拟方法为：交替执行单渗流模式和单力学模式的计算时间步，通过设置平衡条件，控制系统进行力学与流体的循环计算，最终达到稳定平衡状态．２工程应用实例２．１工程概况江西省宜丰新庄铜铅锌矿区位于江西省宜丰县城东南面３７ｋｍ处的宜丰县新庄镇口溪，图１为１７Ａ号勘探线剖面局部图，地面标高＋５０ｍ，水位面为＋５０ｍ，底边界标高－１４０ｍ，矿体由下向上开采，采矿方法为胶结充填法．矿层走向长５０ｍ，倾斜方向长８０ｍ，平均厚度为２０ｍ．矿区地表是第４系含水层，下面分别是砂砾岩含水层和主岩枝花岗斑岩，矿层与砂砾岩含水层直接接触．其中矿体为弱透水层，花岗斑岩充当隔水层．图１矿区１７Ａ号勘探线剖面图Ｆｉｇ．１Ｐｒｏｓｐｅｃｔｉｎｇｌｉｎｅ１７Ａｐｒｏｆｉｌｅｍａｐｉｎｍｉｎｉｎｇａｒｅａ２．２岩体参数和边界条件表１为矿区现场试验测得的各岩体参数．由于计算模型是从实际地质体中取出的一部分，其边界处依然要受到力或位移的约束．在ＦＬＡＣ３Ｄ中，模型中的位移约束主要通过固定模型边界处节点的速度来实现，应力边界则是用来模拟模型边界处节点的应力．根据实际情况，在该项目中用ＦＩＸ命令来施加模型的约束条件．模型前后和左右边界施加水平约束，即侧面边界水平位移为０；模型底部边界固定，即底部边界水平、垂直位移均为０；模型顶部为地表，看作是自由面，无任何约束．模型四周给定不透水边界，并在模型上施加初始孔隙水压力．２．３模型的建立根据１
文内图片：

图２ＦＬＡＣ３Ｄ计算模型Ｆｉｇ．２ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎＦＬＡＣ３Ｄ

图片说明：小为２００ｍ×５０ｍ×１９０ｍ，一共划分为６３４００个单元体．整个模型包含有４种材料，分别是第４系含水层、砂砾岩含水层、主岩枝花岗斑岩以及矿体．岩土强度理论是岩土理论的重要组成部分，一直是众多学者研究的热点．大量的试验和工程实践已证实，Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ强度理论能较好地描述岩土材料的强度特性和破坏行为，在岩土工程领域得到了广泛的应用［１２］．因此，本文选择ＦＬＡＣ３Ｄ中的Ｍｏｈｒ－Ｃｏｌｏｕｍｂ强度理论模型作为本构模型．图２ＦＬＡＣ３Ｄ计算模型Ｆｉｇ．２ＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｎＦＬＡＣ３Ｄ２．４数值模拟结果分析１）初始孔隙水压力分布特征在矿体开采前，首先模拟研究区域的初始耦合渗流场，，得到初始孔压等值线图（见图３）．从初始孔压云图可以看出，在第４系和砂砾岩两个含水层中的孔隙水压力等值线呈水平分布，这是因为渗流场达到平衡，孔隙水压力可以看作是静水压力；矿体是弱透水层，离含水层的距离越远孔隙水越难渗透，因而孔隙水压力越小；主岩枝花岗斑岩透水性很小，完３７０
【作者单位】：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室;中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室;长沙矿山研究院有限责任公司;
【基金】：中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室开放课题(编号:206240100062) 国家自然科学研究基金海外及港澳学者合作项目(编号:51428902)
【分类号】：TD745;TD852

【相似文献】