充填体下水平矿柱回采优化及地压控制的研究

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1、摘要随着矿产资源的不断开采，很多老矿山都面临资源枯竭的问题，因此有效回收残留矿体，延长企业服务年限，充分利用有限矿产资源意义重大。然而对于松散充填体下水平矿柱的回采不同于一般矿体的开采，其开采技术条件较为复杂；因此实现松散充填体下水平矿柱的安全有效回采是该类型矿山迫切解决的技术难题。本文以铜陵有色凤凰山铜矿-240m阶段水平矿柱回采为工程背景，采用数值模拟、理论分析、现场地压监测等技术手段对充填体下水平矿柱回采优化及地压控制进行研究，主要研究内容和结论包括：（1）采用大型有限差分数值模拟软件FLAC-3D构建数值模型，对水平

2、矿柱三种不同回采顺序进行模拟研究，结果表明采用从北端到南端的顺序回采水平矿柱的效果最佳。（2）采用RFPA-2D有限元分析系统建立了数值模型，对单个采场进路回采顺序进行模拟研究，得到采场进路的最终回采顺序采用由两端向中央“隔一采一”的方式进行回采效果最佳，有利于控制采场地压。（3）通过分析松散充填体压力分布特征，得出散体压力在垂直方向上均匀分布，其大小并不完全等于上部充填体的重力；根据杨森散体压力理论建立力学平衡表达式，进行理论求解，得到了松散充填体沿深度Z方向的散体垂直压力分布计算公式。（4）根据水平矿柱的赋存状况和受力特

3、征，将水平矿柱最终回采预留顶板简化为矩形薄板，根据矩形等厚薄板理论和极限平衡理论的方法，推导了水平矿柱最终预留安全厚度的理论公式。（5）根据凤凰山铜矿实际生产情况，提出了对凤凰山铜矿-240m水平矿柱的回采，采用上向分层进路式尾砂胶结充填法回采水平矿柱，总共分三个分层进行回采，每一分层设计高度为3m，对于每一分层的进路采用“隔一采一”的方式间隔式回采，进路回采断面规格采用3m×3m，顶板最终预留厚度为4m。（6）根据分析多种地压监测方法的特点，结合凤凰山铜矿水平矿柱回采实际情况，提出了采用应力监测、位移监测、声发射监测三种方

4、式进行联合监测；并提出了现场地压监测方案，分析现场监测结果表明进路回采结束后，顶板所受的压力、位移变化不大，能确保水平矿柱的安全有效回采。关键词：水平矿柱；数值模拟；薄板理论；地压控制IAbstractWiththedevelopmentofminingexploration，manyoldminesarefacedwithproblemsofresourcedepletion，therecoveryofresidualorebodybecomethekeyproblemofminingandthefulluseofthel

5、imitedmineralresourceofgreatsignificance．However，therecoveryofhorizontalpillarundertheloosefillingbody，whichisdifferenttheordinaryorebodymining，ismorecomplex．Therefore，therecoveryofthehorizontalpillarsafelyandeffectivelyisurgenttechnicalproblemtobesolvedinthesimila

6、rmines．ThepaperistakingTonglingLantauPeaknon-ferrouscopper-240mlevelpillarstopingasengineeringbackground，thenumericalsimulation，theoreticalanalysisandin-situpressuremonitoringareusedtostudytheminingoptimizationandthegroundpressurecontrolofthehorizontalpillarunderth

7、efillingbody，themaincontentsandconclusionsareasfollows：（1）Byplanestrainmodelsanalysisusingthelarge-scalefinitedifferencenumericalsimulationsoftwareFLAC-3D，threedifferentstopingsequencewasresearched．Theresultsshowthatfromthenorthtothesouthofstopingsequenceisthebest．

8、（2）TostudytherecoveryorderofasinglestopeapproachbyusingRFPA-2Dfiniteelementanalysissystem，resultsshowthatthedriftstopingsequenceoftheend-centerwi