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《金川二矿1150 m水平矿柱回采稳定性数值计算研究-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、ＩＳＳＮ１６７１－２９００采矿技术第１４卷第３期２０１４年５月ＣＮ４３－１３４７/ＴＤＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,Ｖｏｌ.１４,Ｎｏ.３Ｍａｙ２０１４金川二矿１１５０ｍ水平矿柱回采稳定性数值计算研究１２,３邹龙,彭府华(１.金川集团股份有限公司二矿区,甘肃金昌市７３７１０４；２.长沙矿山研究院有限责任公司,湖南长沙４１００１２；３.国家金属采矿工程技术研究中心,湖南长沙４１００１２)摘要:采用有限元数值计算方法,对金川二矿区特大型水平矿柱安全回采问题进行了研究。通过建立水平矿柱三维几何模型并进行网格划分,确定模型的初始应力场和材料力学参数,对
2、水平矿柱回采前、回采后和充填后的第一主应力、第三主应力和塑性区进行了模拟计算,并采用安全因子对水平矿柱回采后的稳定性进行了评估。关键词:水平矿柱；数值计算；主应力；安全因子ｍ水平。其余边界模型ｘ方向从－１００ｍ到１０００ｍ０前言变化,ｙ方向从－３００ｍ到８００ｍ变化。本文重点研金川二矿区为我国特大型地下矿山,矿体厚度究的水平矿柱的有限元模型见图１,从图１可以看大,水平投影面积大,走向长度长。该矿矿体与围岩出,由于连年的不断开采,水平矿柱如今出现ＶＩＩＩ~较为破碎、地应力大,为难采型地下矿床,采用的采Ｖ区厚而ＩＩＩ~Ｉ区相对薄的情况。矿方法为机械化盘
3、区下向分层水平进路胶结充填采矿法。金川二矿区由于采用多中段大面积连续开采,在１１５０和１０００两个采矿中段之间形成了约长６００ｍ、平均宽１２０ｍ的特大型水平矿柱,水平矿柱上方充填体约为１０００万ｍ３,下方约为５００万ｍ３。特大型水平矿柱的开采在金川矿山尚属首次,在国内外图１水平矿柱有限元网格矿山也没有先例。回采过程中,应力集中是否会导水平矿柱的稳定性与其周围的围岩息息相关,致水平矿柱突然失稳破坏。水平矿柱回采结束后,在构建完水平矿柱有限元模型后,也需建立相应的１１５０中段充填体必然会与１０００中段充填体叠加,围岩有限元模型,如图２所示。全部模型总共
4、采用上部充填体将会失去原有水平矿柱的支撑,是否会７８０６６个ＳＯＬＩＤ９２单元,１０８５３１个节点。加剧上部充填体的下沉变形,上下盘围岩会不会向１.２初始应力场与材料力学参数充填空间大范围变形,造成大面积来压值得深入研有限元计算过程中,所有材料的本构模型均为究。因此,水平矿柱的安全回采引起了国内各大研ＤＰ模型,采用的力学参数如表１所示。在１１１０ｍ究院所、高校及同行专家的高度关注。本文基于水水平固定该水平上的所有节点位移,然后对四个侧平矿柱回采安全问题,采用有限元数值模拟方法对面施加力边界,力边界应力大小与初始地应力场相１１５０ｍ水平矿柱开采前、开
5、采过程和开采后的稳定适应,即:性进行了计算。σ＝０.０９８＋０.０５０６８Ｈì
6、
7、ｈ,ｍａｘσ＝０.０１５＋０.０２００Ｈ(１)１三维数值模型建立﹛ｈ,ｍｉｎ
8、
9、σ＝－０.２０８＋０.０２５４２Ｈ⑨ｖ１.１几何模型建立与网格划分２稳定性值计算由于采矿形成的水平矿柱主要位于１１５０~１１７０ｍ水平之间,同时考虑开挖影响范围,故考虑将三维２.１开采前水平矿柱稳定性研究模型的上下两个边界范围定为１１１０ｍ水平和１２１０经过有限元计算,水平矿柱的塑性区如图３所４０采矿技术２０１４,１４(３)示,从图３可以看出,水平矿柱中未出现塑性区,这说明水平矿柱是稳定的
10、,按照现有的采矿方案,矿体采、充能够保证水平矿柱的安全性。另外,水平矿柱的第三主应力如图４所示,从图４可以看出,整个模型内水平矿柱第三主应力从－１４.６ＭＰａ到－９６.５ＭＰａ之间变化(为压应力)。压应力最大值出现在第ＶＩ盘区１１５０水平靠北边界处,该处是下一步开采应着重注意的区域,由于最大压应力的比值已超过５.５倍,该处矿体存在受压破坏的危险。图２围岩网格图５是水平矿柱的第一主应力,从图５可以看表１计算采用力学物理力学参数密度ρ单轴抗拉强度单轴抗压强度内聚力内摩擦角弹性模量泊松比岩石/(ｇ/ｃｍ３)Ｒｔ/(ＭＰａ)Ｒｃ/(ＭＰａ)ｃ/(ＭＰａ)φ
11、/(°)Ｅ/(ＧＰａ)μ充填体１.７２——————２４３３０.２１围岩２.９３１.５３５.２９.４３８.０８２６５１０.１０.２３贫矿体３.０２０.５１７.２５.２４２.２３４９８.８０.２２富矿体３.０５０.５１６.４４.６４１.７５４７８.６０.３１采模拟,从而分析水平矿柱的稳定性。分析结果表明:水平矿柱第三主应力在每个盘区的围岩界面都出现了很大的压应力集中,压应力最大值已远远超过岩体的抗压强度；第一主应力即最大拉应力也远远超过岩体的抗拉强度,各盘区拉应力集中主要集中在靠近矿体边界区域。若一次性开挖全部矿体,水平矿柱的稳定性不良,这也间接说明了
12、开展矿体开采顺序优化的必要性。２.３充填后水平矿柱稳定性研究对开采后的矿体进行充填的数值模拟,进而分图３水平矿柱塑性区析充
