复杂充填体下残矿回采方案优化研究

发布时间：2019-11-24 21:20

【摘要】：以湖北三鑫公司-370 m中段残留顶柱的安全经济回采为例,采用普氏拱理论对现有顶板稳定性进行分析。并结合开采现状,在现场测试的基础上,采用数值模拟的方法对4种回采方案的计算结果进行对比分析。最后得到不同方案下顶柱回采过程中采场周围的位移、应力、塑性区的分布规律,并据此得出最优回采方案。结果表明:在10 m厚的顶柱中,第一层矿房尺寸采用4 m×4 m,第二层矿房尺寸采用4 m×5 m,顶部预留1 m矿体,并且均采用"隔二采一"的回采顺序能够有效地避免间柱中出现塑性区贯通。顶部的拉伸破坏区和塑性区限制在留设的1 m矿体中,上部充填体受到的影响较小。从而既保证了采场的安全稳定性,也最大限度地回采了顶柱资源。
【图文】：

究背景，结论不具有普遍性。对于湖北三鑫公司现采用的残矿回采方法，需要进行针对性的研究，为现场的结构参数和回采顺序优化提供参考。1工程概况湖北三鑫金铜股份有限公司在进行－220m中段至－570m中段矿体开采时，采用阶段空场嗣后充填采矿法，中段之间留设10m高的顶底柱，矿石品位较高，储量可观。在进行－370m中段顶柱的回采时，，将顶柱划分为上下两层，每层高度为4m，上部留设2m厚的矿体护顶，每层沿矿体的走向划分若干个宽度为4m的矿房，回采时按照“隔一采一”的顺序分步进行，结束后充填接顶，具体结构参数如图1所示。在回采过程中，间柱及上部充填体的变化情况直接影响采场的稳定性，需要开展针对性回采方案优化研究。图1充填体下回采顶柱结构示意Fig．1Schematicdiagramofthetoppillarstructureundertheback-fill2回采方案初步设计结合矿山实际开采情况，从安全性和经济性两方面综合考虑，对回采方案进行初步设计。从安全性方面考虑，矿房尺寸不能太大，应采用“隔多采一”的回采顺序;从经济性方面考虑，顶板厚度不能太大。为了与实际矿房尺寸和开采顺序形成对比，更好地优化采场结构参数和开采顺序，本次数值模拟初步选择4个方案如表1所示。其中方案一、三、四每个采区有7个矿房，总宽28m;方案二每个采区有10个矿房，总宽40m。表1顶底柱回采方案Table1Stopingschemeoftopandbottompillars方案层数矿房宽×高/m×m顶板矿体厚度/m回采顺序一24×42隔一采一二24×42隔二采一三24×50隔一采一四25×50隔一采一3顶板稳定性理论计算已有研究表明，采空区顶板岩层破坏有2种形式:一种是由于上部荷载作用，顶板岩层产生过大变形导致基础破坏;另一种是由于顶板岩层出现拉应力，当顶板岩层中的拉应力超出

m，建模过程中使用CAD提取各中段矿体轮廓，曲线处理后放样生成三维矿体模型。将矿体模型导入ANSYS后嵌入围岩内，得到800m(长)×800m(宽)×570m(高)的立体模型，并通过自由划分网格得到759668个单元。最后在FLAC3D中划分不同中段进行数值计算。本文以－370m中段为研究对象，按照矿山现采用的回采方案建立模型如图2所示。矿体分为上下2层，矿房编号从左至右依次为1#、2#、3#。模拟过程中做出如下假设:不考虑每个矿房的开挖步数，进行一次回采;多个矿房回采后一起充填;计算中不考虑时间有关的物理量。图2数值计算模型示意Fig．2Schematicdiagramofnumericalcalculationmodel4.2本构模型及物理力学参数的选取莫尔－库仑模型能够准确地描述多数岩土类材料的破坏行为，得到广泛的应用［12］。在数值模拟中，选用此模型作为矿岩、充填体的本构模型。在矿山地质资料和现场试验结果的基础上，对矿岩的室内物理力学参数进行工程处理，得到岩体的物理力学参数，见表2。表2矿岩物理力学参数Table2Physicalandmechanicalparametersofrock岩体容重/(N/m3)单轴抗压强度/MPa弹性模量/GPa泊松比内聚力/MPa内摩擦角/(°)抗拉强度/MPa体积模量/GPa剪切模量/GPa矿体3000033.2017.10.301.9641.651.8714.256.58围岩2750030.0416.180.261.8040.801.7011.246.42充填体2000050.80.181.5350.60.420.344.3地应力计算对于深部地应力测量及分布规律的研究，常使用线性回归的方法进行分析，得到最大水平主应力、最小水平主应力和垂直主应力随深度变化的规律［14］。线性回归方程形式为σ=kH+b.(3)式中，σ为应力值，MPa;H为深度，m;k、b为线性方程参数。根据大冶铁矿地应力测试结果，?

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