断层结构面对VCR法间柱稳定性影响的数值分析-论文.pdf

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1、ＩＳＳＮ１６７１－２９００采矿技术第１４卷第２期２０１４年３月ＣＮ４３－１３４７/ＴＤＭｉｎｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＶｏｌ.１４ꎬＮｏ.２Ｍａｒ.２０１４断层结构面对ＶＣＲ法间柱稳定性影响的数值分析１２１１２颜克俊ꎬ史秀志ꎬ姚曙ꎬ曹胜祥ꎬ黄宣东(１.中金岭南凡口铅锌矿ꎬ广东韶关市５１２１００ꎻ２.中南大学ꎬ湖南长沙４１００８３)摘要:针对断层影响ＶＣＲ法间柱回采的稳定性问题ꎬ分析了凡口铅锌矿主要的控矿断３Ｄ裂位于下盘时对ＶＣＲ法间柱稳定性的不利影响ꎬ建立了包含分界面单元的ＦＬＡＣ数值模型ꎬ获得了侧向崩矿过程的应力、位移和塑性分布情况ꎮ结果表明ꎬ回采过程中断层处的应力逐

2、步释放ꎬ位移呈一致性ꎬ两帮充填体负载增加ꎬ剪切和拉伸塑性严重ꎬ存在间柱采场失稳的可能ꎬ应合理设计崩矿步距和慎重切采下部硐室点柱ꎮ３Ｄ关键词:间柱采场ꎻ断层ꎻＶＣＲ法ꎻ稳定性ꎻ数值分析ꎻＦＬＡＣ的主要是Ｆ为主的控矿断层ꎮＦ断层为逆断层ꎬ断３３０引言裂长度已控制的有９００ｍꎬ推测有２８００ｍꎬ断距２６０ＶＣＲ法具有安全高效的特点ꎬ在国内外的矿山ｍꎬ走向１２°~１９２°ꎬ倾向１０２°ꎬ倾角８５°ꎬ断裂带一般广泛应用ꎮ凡口铅锌矿是我国重要的铅锌生产基宽度为６ｍꎮＦ断层作为控矿断裂ꎬ一般位于矿岩３地ꎬ于１９７０年代末试验ＶＣＲ法并获得成功ꎬ经过３０分界面ꎮ多年的发展ꎬ采矿工艺得到了

3、重大改进[１]ꎮ但随着间柱回采条件恶化ꎬＶＣＲ法间柱采场存在诸多稳定性问题ꎬ尤其是在地质构造发育的地段ꎮ大断层作为地质构造的强烈形式ꎬ它的存在破坏了岩体的连续性与完整性ꎬ它不仅降低了岩体的强度ꎬ增大了岩体的变形量ꎬ而且还控制着岩体的破坏模式ꎮ断层处地应力集中ꎬ最有可能成为地压活动的剧烈区域ꎬ[２]成为采矿过程最危险的因素ꎮ图１下盘Ｆ断层位置示意目前ꎬ数值模拟广泛应用于地下采矿工程的稳３定性分析中ꎬ本文在地质调研的基础上ꎬ分析大断层１.２ＶＣＲ法间柱回采工艺的特点ꎬ通过分析关键部位的应力、位移以及塑性分采用ＶＣＲ法回采间柱的前提是矿房必须是胶布的特征ꎬ得出大断层对ＶＣＲ法间

4、柱的稳定性影响结充填ꎬ保证回采过程中矿房充填体的稳定性以及规律ꎬ为采矿生产实践提供指导ꎮ采场自身的稳定性ꎮ按照矿体形态、装药结构、爆破顺序等不同可将崩矿方式分为ＶＣＲ法深孔崩矿、１工程概况ＶＣＲ法切槽—全孔侧向崩矿、ＶＣＲ法切槽—分段侧１.１大断层特征向崩矿(或称倒梯段侧向崩矿)[４￣５]ꎮ目前凡口铅锌凡口铅锌矿矿区构造复杂ꎬ褶皱、断裂构造发矿主要采用ＶＣＲ法切槽—全孔侧向崩矿ꎬ这种适合[３]育ꎬ主要发育有３组断裂:ＮＮＷ向的Ｆ断裂ꎬ为采场长度方向较长的采场ꎬ采场爆破次数少ꎬ效２０３矿区内规模最大的断裂ꎻＮＮＥ向的Ｆ、Ｆ、Ｆ、Ｆ等ꎬ率高ꎮ３４５６为矿区内主要的控矿断裂ꎻＮ

5、Ｅ向的Ｆ、Ｆ等ꎬ为ＶＣＲ法回采间柱时ꎬ都要掘进凿岩硐室和出矿１０１１０２主要的容矿断裂ꎮ硐室ꎬ间柱矿体主要受到上下盘围岩和充填体的约矿床地质条件复杂ꎬ矿体分布受构造断裂带控束作用ꎮ但随着分次爆破的应力扰动ꎬ采场形态结制ꎬ分布在断层的上下盘ꎮ对凡口矿开采影响较大构发生变化ꎬ断层结构面处的岩体力学强度较低ꎬ而颜克俊ꎬ等:断层结构面对ＶＣＲ法间柱稳定性影响的数值分析３９两帮充填体的支撑力是有限的ꎮ因此在设计崩矿顺Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ界面单元可用来模拟节理、断层、层理等不序、破顶层厚度、侧向崩矿长度时都要考虑断层对采连续面ꎮ在本次模拟中ꎬ充填体与矿体的接触面也场稳定性的影响ꎬ以免出

6、现采场整体失稳ꎮ同样设置分界面单元ꎮ模拟流程如图３所示ꎮ２数值建模与参数选取２.１数值模型建立建模采用ＦＬＡＣ３Ｄ自带的强大网格生成器ꎬ网格生成器通过组合可生成任意变形、复杂的三维几何网格ꎬ该法建模方便快捷ꎮ＃模型对象为凡口铅锌矿间柱采场Ｓｈ－３６０ｍＳ１ꎬ为便于计算与观察ꎬ以采场中线为对称面ꎬ建立１/２３Ｄ图３间柱回采ＦＬＡＣ模拟流程模型ꎬ模型尺寸为３００ｍ×１００ｍ×２４０ｍꎬ模型上表面２.２岩体材料物理力学参数距离地表为３３０ｍꎬ重点研究范围为６０ｍ×６０ｍ×２４近几年ꎬ不少科研院所在凡口铅锌矿做过相关ｍꎬ矿体模型倾角接近实际情况ꎬ取８０°ꎬ下盘矿岩交的岩石材料物理

7、力学参数测定实验ꎬ但凡口矿地质界处设立断层单元ꎬ以便模拟断层的影响ꎮ共有条件复杂ꎬ岩石各类多样ꎬ需要进行必要的归类与简１０１１６０个单元和１１２８２４个节点ꎮ网格成放射状划化ꎮ岩体材料物理力学参数与分界面参数见表１、分(见图２)ꎮ表２ꎮ２.３初始地应力与边界条件凡口矿深部矿床地应力以构造应力为主ꎬ为压应力ꎬ最大主应力近似水平ꎬ沿矿体走向ꎬ垂直应力近似等于自重应力ꎬ最大主应力与垂直应力比值约为１.２~１.７[６]ꎮ上部覆岩自重产生的垂直正应力为:σ＝ρｇｈ＝２８００×１０×３３０＝９.２４(ＭＰａ)ν假定垂直矿体走向的水平应力为