露天转地下矿山边坡挂帮矿开采数值模拟研究.pdf

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1、2011年4月中国矿山工程Apr．，2011第40卷第2期ChinaMineEngineeringVo1．40NO．2露天转地下矿山边坡挂帮矿开采数值模拟研究Numericalsimulationstudyofslopehangingwalloreminingofopenpittounderground李闻杰，严国栋，张振芳，杨久林，苑世林，康志强。(1．河北省国控矿业开发投资有限公司，河北石家庄05002l；2．河北钢铁集团矿业有限公司承德黑山铁矿，河北承德067501；3．河北联合大学资源与环境学院，河北唐山063009)摘要：利用ANSYS有限元大型数值模拟分析软

2、件，通过建立某铁矿追脉开采露天高边坡三维数值模型，进行数值模拟计算，分析残采边坡的稳定性，得到结论：平硐追脉开采对某铁矿露天边坡整体稳定性影响不大，残采边坡是稳定的，但应加强平硐硐口和采空区顶板的支护和管理。关键词：追脉开采；应力场；位移场；ANS'ITS；残采边坡；数值模拟Abstract：Thestabilityofresidualslopeisanalyzedbasedonestablishingthree-dimensionalnumericalmodelofveiningupmin—inghighresidualslopeofsomeIronMineandnu

3、mericalsimulationcalculationbyusinglarge-scalefiniteelementnumericalsimu—lationanalysissoftwareANSYS．TheconclusionshowsthattheveiningpmininghaslittleefectontheoverallslopestabilityofsomeIronMine，andtheresidualslopeissteady．Itshouldstrengthenthesupportandmanagementofaditmouthandgoalroof．K

4、eywords：veiningupmining；stressfield；displacementfield；ANSYS；residualslope；numericalsimulation1前言为最大限度地回收露天矿边坡境界外矿石，挂帮矿使用平硐追脉开采，平硐追脉开采完成后形成了露天采场残采后的边坡，即残采边坡。虽然国内外对露天矿山边坡稳定性分析取得了众多的研究成果n-21，但对露天矿残采边坡稳定性的研究还不多。某铁矿露天采场闭坑后在采区北部端帮采用平硐追脉开采回收境界外矿石，形成残采边坡。平硐追脉开采使岩体结构遭到破坏，应力分布更加复杂，工程地质条件恶化，边坡和空区失稳

5、的可能性加大。因此，使用ANSYS有限元分析软件，建立残采边坡的三维模型，通过数值模拟计算~41，分析某铁矿残采边坡的稳定性。2挂帮矿开采边坡模型建立2．1铁矿岩体力学参数通过室内岩石力学性质实验，根据某铁矿工程地质资料，采用强度折减系数法，得到某铁矿残采边坡的岩体力学参数，见表1。2．2铁矿残采边坡模型的建立ANSYS是目前应用最广泛的通用大型有限元分析·30·中国矿山工程2011年(第40卷)软件，主要包括三个模块：前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析；后处理

6、模块可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。。一个典型的ANSYS分析过程可以分为三个步骤：①建立模型；②加载并求解；③查看分析结果，获得结论。某铁矿在北部边坡进行平硐追脉开采挂帮矿，开采后在露天边坡下形成1、2、3平硐采空区。根据1、2、3平硐投影图和平面图以及北部边坡0m终图2平硐示意图了平面图，边坡高度为135m。为了消除边界效应的3铁矿残采边坡模拟结果及其分析影响，1平硐左边和3平硐右边边坡长度各取60m3．1残采边坡开采前位移场分析和100m，这样边坡总长度达到310m。同样为消除边坡开采前在自重情况下边坡各方向的位移场边界效应，边坡前后长度取200m，平硐下

7、部岩体厚分布等值线图见图3、图4所示。度12m。1平硐走向近似垂直于边坡，建立三维模型时简化为垂直于边坡，2平硐相对于l平硐左向旋转8。；3平硐相对于1平硐右向旋转14。。边坡上部有10m的表土层，表土层下是近20m的片麻岩微风化层，F10断层厚0．5m。根据铁矿边坡资料图和1、2、3平硐实测数据，建立残采边坡三维模型，见图1；1、2、3平硐见图2所示。图3X方向位移等僵线图从图3、图4可以看出，边坡在自重情况下，轴方向的正向最大位移值为29．63ram，出现在边坡内部1、2、3平硐上部和断层附近，这是由于岩层与矿体接触面以及断层形成软弱