基于MIDAS-GTS充填采矿法采场结构参数优化研究.pdf

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1、中国矿山工程2015年2月·24·ChinaMineEngineering第44卷第1期基于充填采矿法采场结构参数优化研究OptimizationstudyofstructuralparametersoffilledstopesmethodbasedonMIDAS——GTS周立强，周立财(1．沈阳煤业集团工程设计有限公司，辽宁沈阳110122；2．沈阳焦煤股份有限公司，辽宁沈阳110122)摘要：采用MIDAS—GTS有限元软件，以某矿山为背景，建立三维数值模型，对不同采场结构参数进行了模拟，并

2、对模拟结果进行详细分析，最终确定上向水平分层充填法采用矿柱跨度10m、矿房跨度15m的结构参数。关键词：采场结构参数；数值模拟；三维模型Abstract：Inthispaper，takingamineasthebackground，three—dimensionalnumericalmodelwasestablishedbyusingMIDAS—GTS，thendifferentstopestructuralparametersweresimulatedandanalyzedindetail．I

3、twasdeterminedthatlOmspanofpillarsand15mspanofroomsasthestructuralparametersoffiat—backcut—and—l1method．Keywords：stopestructuralparameters；numericalsimulation；three—dimensionalmodel●1—日—L一IJ—吾—一对于地下开采的矿山，确定合理的地下采场结构参数是矿山进行安全、高效生产的前提⋯。如何根据矿体的赋存条件等因素确定

4、采场结构往往成为矿山能否满足高效生产的先决条件。传统确定采场结构参数的方法有模型试验法及现场工业试验法，这些方法往往耗费了巨大资源，而且难以对各种回采方案下的参数进行对比分析研究，从而实现方案优化研究的便捷有效。。本文运用有限元软件MIDAS—GTS数值分析软件，以某矿山为背景，建立三维立体模型，模拟上向水平分层充填法不同采场结构参数下，矿房矿柱的顶底板拉应力、压应力及相关安全系数等变形情况，从而确定合理的开采技术方案参数，给矿山实际生产提供指导。2矿山概况该矿床的成因类型主要是岩浆期后高～中温

5、热液矿床，工业类型是石英细脉带型黑钨一白钨矿床。矿体赋存在花岗岩体外的接触带杨林坳组砂岩和板溪群板岩中。矿石类型分为砂岩型矿石和板岩型矿石；矿体围岩主要由砂砾岩及原生板岩，砂砾岩及原生板岩原生坚固，稳定性好。但矿区断裂构造极其发育，矿体及围岩的稳固性受到很大影响。本矿体主要为钨矿，WO平均品位0．38％，矿体厚度大部分为5m以上的中厚矿体，且倾角大于3O。。考虑到矿体的赋存条件复杂，原生矿体的采矿方法为上向水第1期周立强等：基于MIDAS—GTS充填采矿法采场结构参数优化研究．25．平分层充填法

6、。出矿。首先采用分层形式从下到上回采矿柱，按照回采顺序进行分层胶结充填以保护上下盘围岩，并3采矿技术方案创造连续上采的作业平台。矿柱回采并充填完毕由于该矿赋存条件和技术条件比较复杂，采用后，在人工矿柱的保护下采用相同回采工艺对矿房上向水平分层充填法进行回采矿体。该方案的主要进行回采并充填(采用非胶结充填工艺)。采矿方布置特征为阶段内矿块垂直走向布置，沿走向划分法如图1所示。为矿房和矿柱，两步骤回采，凿岩台车凿岩，铲运机广]ⅢⅢⅡ一Ⅱl23456l一阶段运输平巷8一充填回风井；2一穿脉；9一泄水管

7、；3一斜坡道；lO一充填体；4一溜井；1l一充填挡墙；5一分段联络平巷l2一分段斜坡道入口——f卸矿横巷；13一夹石7一分层联络道；Ⅲ一Ⅲ图1上向水平分层充填法示意图888mmm表1上向水平分层充填法采场规格数值模型几何尺寸ITI4有限元数值模拟序号长度矿柱跨度矿房跨度4．1三维有限元模型建立结合上向水平分层充填采矿法(见图1)，依据m加矿体产状、矿岩特性、回采过程及相关回采步骤等实际回采状况，利用三维软件MIDAS—GTS建立采场稳定性分析的三维有限元模型，在模型建立中，考虑到实际资源开采的复

8、杂性等因素，必须对矿体回采实际情况进行一定的简化。本模拟考虑到最危险的状况，模拟在不同矿房、矿柱规格暴露面积最大情况下，即10个矿房同时回采，且模拟回采采空区高度为回采过程中的最大控顶高度5m。简化后，矿体厚度取平均真厚度15m，平均倾角36。。本次模拟采用12种模型进行模拟，模拟采场规格数值模型几何尺寸(长度X矿柱跨度×矿房跨度)如表1所示。根据弹塑性力学理论，原岩开挖后，原生地应力为所开挖范围的5倍，且在长度方向上全部简化为发生二次应力重新分布，经研究，开挖后应力变化的矿体，其模型尺寸为X(