缓倾斜矿体采空区稳定性数值模拟研究.pdf

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1、第8卷第1期矿业工程2010年2月MiningEngineering17缓倾斜矿体采空区稳定性数值模拟研究林景(福建省金宇工程建设有限公司，福建漳平364400)摘要：根据缓倾斜矿体的特征，采用FIAC3D软件对某铁矿1矿体采空区稳定性进行了充填前后的数值模拟，对空区治理、矿柱回采的方案制定及安全生产具有一定的借鉴作用。关键词：缓倾斜矿体；采空区稳定性；FLAC3D软件；数值模拟中图分类号：N945．12文献标识码：A文章编号：1671—8550(2010)01—0017—04填、部分充填、完全充填)建立模型，并采

2、用0引言FLAC3D软件进行数值化分析，见图1。地下矿体开采以后，原岩应力平衡状态将遭到破坏，必产生次生应力场并引起岩体中的应力重新分布，并伴随一系列矿压显现。为使矿山持续、稳■■■■定、安全地回收矿产资源，特别是空区规模较大的(a)空区末充填(b)充填一个空区(c)充填两个空区(d)空区全部充填矿山，应长期对采空区进行监测并研究采场矿压分图1采场顶板稳定性分析计算模型布规律，制定出技术上可行、经济上合理的空区治考虑到地下工程开挖空间对围岩变形的影响，理方案相当重要¨1]。模型水平、上下边界与硐室的距离一般取硐室高

3、、大规模错综复杂的采空区稳定性分析和评价是宽的2～3倍。模型规格见表1。一个极其复杂的过程，地应力和应力应变之间的关表1数值模型规格系是一组复杂的微分方程组，想用解析方法计算获得采空区顶板的安全厚度、矿(岩)柱的几何尺方案编号N模型长／m模型高／m节点总数单元总数1OO—lO3341114525617寸、采空区的安全暴露面积等显然是相当困难]。104——1073301O7965291而数值模拟法能够从整体上分析采空区周围岩石的1O8一l】l3191O4265108应力分布规律及变形趋势，从而获得最优近似解。112—

4、11530796224709116—1292969O1O44051计算模型的建立12O一12328586664235124—1272747912386lFLAC3D软件是美国Itasca咨询公司于2O世纪9O年代中期在原有的二维分析软件FLAC基础2方案设计与岩体力学参数的选取上开发的一种工程计算有限差分处理程序。它可模拟计算三维岩土体及其他介质中工程结构的受力与——模型设计方案。为研究采空区充填前后稳变形性态、岩层中的不连续面，如断层、节理及层定性的关系，共设计7个不同矿房跨度的计算模理等滑动和离层，而且可以在模

5、型中加入节理、弱型，每个模型按所有空区不充填、充填一个空区、面等地质构造，因而得到国内外广泛认可与应充填两个空区和空区全部充填4种方案进行计算，用。共计28个方案。研究中根据矿山空区处理的各典型阶段(未充——岩体力学参数选取。岩体力学参数选用岩石力学试验所得的工程化处理后的数据。初始应力收稿日期：2009一O8—13场的取值采用平均构造应力场和重力场迭加，并将作者简介：林景(1976一)，男(汉族)，福建龙岩人，福建省金宇工程建设有限公司行洛坑项目部副经理，采矿工程师，二级建造所有初始应力投影到模型平面后，形成计算

6、中的初师(矿山类)，注册安全工程师，主要从事岩土工程、爆破工程、始应力场(见表2)。采矿工程等方面的施工、设计及研究。18矿业工程第8卷第1期3模拟结果分析为研究采空区充填前后稳定性的关系，找出合理的采空区处理方案，主要对36m矿房跨度的采空区无充填、只充填一个空区、充填两个空区和空区均充填时所对应的应力和位移变化特征进行分图4(a)32m跨度时安全系数等值线圈析。3．1稳定性安全系数图2～4分别为矿房跨度40、36和32m时各采空区均不充填的采场及围岩稳定性安全系数等值线图和等值云图。图4(b)32m跨度时安全系

7、数等值云图从各安全系数等值分布图可见，采场顶板中间安全系数最小，离采场顶板愈远，安全系数愈大，安全系数迹线拱也随之变大，最终在采空区顶部形成多个更大的联合迹线拱。在矿房侧壁中间安全系数较小，但最小值较同矿房顶板安全系数值大。采图2(a)40m跨度时安全系数等值线图场稳定安全系数随矿房跨度的减小而增大。当采场跨度为40m时，顶板中央安全系数最小值约0．8，此时矿房顶板处于不稳定状态，当采场跨度减小至36m时，最小安全系数>1．0，且随着采场跨度的不断减小，安全系数逐渐变大，因此初步可认为36m的矿房跨度即为采区临界跨

8、度。图2(b)40m跨度时安全系数等值云图3．2垂直应力分布特征(a)无充填(b)充填一个空区固3(a)36m跨度时安全系数等值线圈(c)充填两个空区图536m矿房跨度的采空区各充填图3(b)36m跨度时安全系数等值云图时期采空区垂直应力等值云图2010年第1期林景缓倾斜矿体采空区稳定性数值模拟研究19从模拟计算可知，中深部区段采场及围岩中垂直应力分布特点如