崇礼紫金矿业矿柱开采的稳定性分析

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1、万方数据ISSN167l一2900CN43一1347／TD采矿技术第9卷第2期Mining7l'echnology，V01．9，No．22009年3月Mar．2009崇礼紫金矿业矿柱开采的稳定性分析李强1”，刘文胜3，李向东1，2(1．长沙矿山研究院，湖南长沙410012；2．国家金属采矿工程技术研究中心，湖南长沙410012；3．广东省阳山县安监局，广东阳山县513125)摘要：以河北崇礼紫金矿业公司的试验采场为研究对象，在归纳、分析以往资料的基础上，通过现场监测、数值模拟等方法对采场在回采过程中的稳定性进行了分析。对回采

2、过程中试验采场的应力发展规律及采场稳定性进行了研究。重点探讨了回采顺序对试验采场矿柱的稳定性的影响。数值模拟结果表明，用“隔一采一”的方法进行回采，所留的20in矿柱在目前情况下是比较安全的，随着开采深度的增加，采场顶底板的应力增大，局部出现破坏，因此需要对顶底板进行相应的处理或者增加顶底板的厚度。关键词：地下开采；矿柱稳定性；三维有限元；数值模拟1概况崇礼紫金矿业有限责任公司地处河北省崇礼县境内，年处理矿石26．4万t，是河北省重点黄金矿山之一。主要矿脉有1，2，22，27，70号矿脉。现主要开采70号厚大矿脉，矿体倾角2

3、0。一420，矿体平均厚34．6Ill。顶底板为碱性长石正长岩、石英碱性长石正长岩等，矿体与围岩岩性相似，结构致密，孔隙度小，稳定性较好，矿体与围岩界限不甚清楚。成矿F-"Ⅱ。魏l-i、幽幽缓15110I20110I20lIOI201101后构造对矿体无明显破坏作用。针对这一厚大矿脉，采用了窄分条两步骤空场回采嗣后充填采矿法，将矿体沿走向划分为10m宽的一步骤采场和20llfl宽的二步骤采场。经多年生产，现一步骤采场基本回采完毕，但由于多方面原因，一步骤采场并未进行有效充填，留有10m宽的空区，直接影响了二步骤采场的安全开采

4、。目前，公司和长沙矿山研究院合作，针对二步骤采场设计了侧向崩矿嗣后放顶的采矿法(见图1)。l一崩下圈岩卜第一步回采空区卜分段联络譬7一中段运输平薯卜分段出矿薯ll一杖顶硐童图1扇形中深孔侧向崩矿嗣后放顶采矿法2一隔离矿桂4一中探孔卜分段营岩平着旷漕矿井lO～出矿联络巷l卜联络上山万方数据28采矿技术为分析该方法在回采出矿过程中二步骤采场、顶底柱及上盘围岩的稳定性，采用三维有限元方法对开采过程进行了数值模拟分析。2三维有限元数值模拟2．1岩体介质和回采工艺简化根据上述二步骤采场的开采方法，结合矿山开采的实际情况，将模型介质简化

5、为由上盘围岩、矿体、下盘围岩3部分组成，其中矿体倾角为25。，厚度35m，中段高度40m。采场划分为10m和20m两类。。虽然开挖步骤的多少影响到围岩的应力加载及卸载途径，从而直接影响数值模拟的结果，但是过多的开挖步骤将大大增加实际计算的难度和时间。因此，在计算结果满足分析要求的前提下，对计算步骤进行了简化。模拟计算步骤如下：步骤1原岩应力的计算；步骤2回采全部10m采场；步骤3隔一采一回采1304中段20m采场；步骤41304中段20m采场放顶15m；步骤51304中段20m采场再放顶15m；步骤6隔一采一回采1264中段

6、20m采场；步骤71264中段20m采场放顶15m；步骤81264中段20m采场再放顶15m；步骤9隔一采一回采1224中段20m采场；步骤101224中段20m采场放顶15m；步骤1l1224中段20m采场再放顶15m。2．2计算域的选取及计算模型的离散化模型长×宽×高为1938m×1120m×572m，即沿倾向长度取1938m(x方向)，沿矿体走向取1120m(z方向)，沿铅直方向取572m(Y方向)。其中矿体厚度35m，划分为两个中段。模型划分单元12552个，节点54119个。2．3约束与边界条件计算原岩应力时边界采

7、取位移约束：在yoz的两个侧面上节点在x方向约束，即滑动铰支座；xoy的两个侧面上节点在z方向约束，即滑动铰支座；Y=998平面上，所有节点在算、Y、z方向上约束，即固定铰支座；y=1570平面为自由面。在原岩应力计算后的各个步骤的计算中边界全固定。2．4岩体力学参数及破坏准则的选取参考《岩石力学参数手册》相似地质条件的数据，并考虑到矿区断层和节理、裂隙等不连续面的影响，对河北崇礼紫金提供的岩石力学参数做了适当的调整，见表l。本次分析采用德鲁克一普拉格屈服准贝0(Drucker—Prager)。表1计算材料力学参数3计算结果

8、分析按自重应力场计算，收敛系数设定为3％一4％，用PCCG法(Pre—ConditionedConjugateGradi·entMethod)求解，最大重复次数为30次。3．1应力分布第2步骤采全部10nl采场，留20Ill采场。在10in采场顶板处有一些细微的Y位移变化，没有出现拉应力和