充填体下阶段水平矿柱回采顶板安全厚度和进路充填采矿法

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1、充填体下阶段水平矿柱回采顶板安全厚度及进路充填采矿法黄明清1，于少峰2（1.福州大学紫金矿业学院，福建福州350108；2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京100083）摘要：为了安全回采松散矿碴及低强度充填体压覆下的阶段水平矿柱，采用古典杨森散体压力理论及矩形等厚薄板力学模型分析了留设顶板受载情况及安全厚度，并通过工程实例进行了验证。结果表明，当上中段破碎底部结构不予回采，下中段顶柱留设安全厚度时，可通过进路式充填采矿法实现水平矿柱的安全开采；其中，下中段顶柱高5m，采高3.5m，顶板安全厚度1.

2、5m，矿石回收率68%，贫化率3%，取得了较好的安全与经济效益平衡。关键词：充填体压覆；矩形等厚薄板；顶板安全厚度；进路式回采Roofsafethicknessanddriftcut-and-fillminingofhorizontalstagepillarunderoverburdenbackfillmaterialsHUANGMingqing1,YUShaofeng2(1.CollegeofZijinmining,FuzhouUniversity,FuzhouFujian350108,China2.

3、SchoolofCivilandResourceEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Torealizethesafeminingofhorizontalstagepillarunderlooseoreparticlesandlow-strengthbackfillmaterials,theroofloadingandsaferetentivethicknesswereanalyz

4、edfollowingtheclassicalJanssengranularpressuretheoryandmechanicalmodelofrectangularuniformthicknessplate,andonsiteverificationwascarriedout.Theresultsshowedthatsafeminingofhorizontalpillarwaspremisedonthepreserveofuploadfracturedbottomandsaferoofthicknes

5、s,andtheapplicationofdriftcut-and-fillmining.Onthisoccasion,theroofofthelowerstagewas5m,wheretheminingthicknesswas3.5m,andtheretentiveroofwas1.5m.Additionally,68%orerecoveryand3%dilutionwereachieved,whichwasanpreferablebalancebetweensafetyandeconomy.Keyw

6、ords:overburdenbackfillmaterials;rectangularuniformthicknessplate;safethicknessofroof;driftcut-and-fillmining引言随着国家对矿山开采安全与环保重视程度的加深，越来越多的地下金属矿山选择或改用充填法进行开采。出于节约投资、加快投产的目的，很多矿山采用多中段同时自下而上进行充填法开采，从而在中段间留下了数量众多的水平矿柱。据统计，国内受充填体压覆或影响的矿柱矿量占矿山总储量的20~40%。阶段水平矿柱

7、的回采历来是采矿界的难题[1]，其结构完整性及稳定性不仅受到开采过程中应力的二次分布及开采扰动的影响，同时也与相邻中段充填体的接顶质量密切相关，因此表现出极其复杂的受力状态，加剧了开采的安全隐患。如鸡冠嘴铜矿在低强度高水充填体条件下采用两步骤进路充填间隔回采顶底柱，发现开采前底柱上覆充填体拉应力远超其极限抗拉强度，容易在开采时发生破坏[2]。铜绿山充填体下阶段水平矿柱存在表面剥落、裂隙扩展、损伤积聚、剪切破坏的风险，因此盘区残矿采用上向分层充填法进行回采时必须留设护顶层和点柱[3]。琅琊山铜矿顶柱回采时

8、上下中段矿房均已回采并充填，仍发现水平矿柱处于高度受力状态，回采难度大，安全系数低[4]。平衡好回采过程中的安全性与经济效益是充填体下水平矿柱回收的关键问题，其中最重要的参数是留设顶板的安全厚度，留设顶板过厚，则矿石损失率大；反之，则存在顶板垮塌、破坏的风险。众多学者采用模型物理试验、数值模拟、半定量分析等方法进行顶板安全厚度的计算[5-7]，对充填体压覆条件下的阶段水平矿柱安全回采提供了良好的设计基础。本文以石头嘴铜铁矿高中段充填体压覆下