采空区稳定性主要影响因素分析

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1、DOI:10.16283/j.cnki.hgkwyjg.2013.09.012·试验研究·ＩＭ＆Ｐ化工矿物与加工２０１３年第９期文章编号：１００８－７５２４（２０１３）０９－００２０－０５＊采空区稳定性主要影响因素分析李明１，刘志河１，苗强２，郑怀昌１，张军１（１．山东理工大学资源与环境工程学院，山东淄博２５５０４９；２．枣庄市峄城区建材局，山东枣庄２７７３００）摘要：根据对石膏矿山采空区的现场调查，总结了影响此类采空区整体稳定性的主要因素，并采用数值模拟软件ＦＬＡＣ３Ｄ对关键因素进行了验证分析，提出了采用房柱采矿法开采的石膏类矿山预防采空区垮塌的措施

2、，对类似矿山的设计与安全生产有一定的指导意义。关键词：石膏矿山；房柱采矿法；采空区；稳定性分析；影响因素中图分类号：ＴＤ３２５．３文献标识码：Ａ０引言１．１矿柱稳定性我国地下石膏矿山大多采用房柱法开采；在矿柱是影响采空区稳定与否的关键因素，采地表允许陷落的地区，采用房柱式崩落法，反之则空区大面积垮塌多由矿柱失稳坍塌导致，而影响采用房柱式空场法。由于石膏经济价值低及开采矿柱稳定的因素很多，如矿柱承受荷载情况、覆岩不规范等原因，所开采的区域大多形成了大面积层厚度、矿柱宽高比与长径比、矿柱与矿房结构参的采空区，开采历史较长的矿山尤甚。从各矿山数的相互协调性、

3、矿柱内构造分布、矿柱自身强实际情况看，新形成的采空区状况相对完好，可人度、尺寸、几何形状等，这些因素相互渗透，密切相员通行、作业等，而某些开采历史较长的老采空关，在其综合作用下，矿柱表现出来的稳定性往往区，矿柱片帮损毁，顶板冒落严重，整体稳定性情是不确定的，因此矿山设计多采用类比法、经验法况差，存在突然冒落和垮塌的危险，而且因应力的来确定矿柱结构参数。通过长期的生产实践、模传递转移给相邻阶段及生产矿块，存在极大安全型实验和数值分析研究等，人们逐渐认识到矿柱隐患。本文在调研山东部分石膏矿的基础上，结的几何形状、布置形式、长宽比等与矿柱承受应合数值模拟分析

4、了临沂和枣庄两石膏矿影响采空力、实际强度、整体矿柱安全系数等均呈现一定变区稳定的关键因素。化规律，如采场整体安全的矿柱安全系数即矿柱１采空区稳定性影响因素承载强度不应超过矿柱极限抗压强度的０．６９３实地调查表明，影响采空区稳定性的因素较倍，作为房柱法采场矿柱整体安全的强度准则，可［１、２、３、４］多，如工程及水文地质，矿块构成要素，矿体埋藏用于指导矿柱的设计。深度，隔离矿柱及采场内矿柱设计合理与否，爆破１．２矿体埋藏深度对矿体与围岩的震动和冲击，采空区形成时间长根据面积承载力理论，作用于矿体顶板及矿［５］短，护顶及护底层的厚度，地下水、节理、裂隙等结柱

5、上的应力等于所承载的上覆岩层的自重，且构面的规模和分布，断层等地质构造的发育情况此应力的大小与上覆岩层厚度成正比，故矿体埋等因素对具体矿山采空区影响差异较大，主要归藏深度越大，作用于矿体顶板的垂直压应力越大，［６］纳如下。对顶板与矿柱的稳定性构成威胁。当埋藏深度＊收稿日期：２０１３－０１－１５作者简介：李明（１９７０－），男，采矿工程博士，副教授，硕导，山东理工大学资源与环境工程学院从事采矿工程及尾矿库安全的教学与科研工作。·２０··试验研究·ＩＭ＆Ｐ化工矿物与加工２０１３年第９期大时，若矿岩强度小，故矿柱安全支撑的顶板面积地下水对于矿山地下开采的影响

6、害大于利，就小；若矿岩强度大，则矿柱安全支撑的顶板面积特别是对于石膏类等中软弱岩体，其物理力学性就大。随着开采深度不断加大，矿岩自身强度小质决定了自身稳定性差，加之此类矿岩吸湿与吸时若仍采用房柱式空场法开采，则生产工艺方面水性较强，吸水后矿岩变软、膨胀、崩解等极大地难以接受较小的顶板暴露面积，反之采场整体安降低了矿岩的稳定性。且大部分石膏矿层中夹有全性降低，加剧了护顶、护底膏层破坏，增大了矿页岩、泥岩，遇水后抗压强度降低，极易发生“吐柱崩塌、顶板冒落的安全隐患。出”及上部膏块滑动的情况。若底板浸水，将出现１．３采空区规模矿柱整体下陷或沿倾向滑动，从而引

7、起覆岩层失采用房柱法开采多年的石膏矿山，往往形成稳而冒落。相关研究的实验结果表明，石膏矿石规格、形式各异的大面积采空区未处理，矿柱亦未泡水后试件的平均体积质量是新鲜石膏的按计划及时回收，如枣庄吴林石膏矿２００１年实施１１５％；石膏矿石浸泡水后试件的平均抗压强度和人工强制放顶采空区的面积为０．９万ｍ２；由于复抗拉强度分别为新鲜石膏的７８％和６２％。矿柱采，该矿于２００２年５月突然塌陷二水平以下采空长期浸泡在水中，其安全系数下降较大，甚至失去区面积为３２万ｍ２，２００７年１１月在三号下山下长期支撑顶板的作用，对采空区稳定性影响较２［９］部二水平之上采空区冒

8、落面积为２．６７万ｍ，由大。于监控等措施及时、恰当，均未出现人身伤害事１．６地质构造的影响故。