緩傾斜多層薄礦體開采應(yīng)力及巖層移動(dòng)研究

林曉悅 李 銀

(1.四川宇泰特種工程技術(shù)有限公司；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

緩傾斜多層薄礦體開采應(yīng)力及巖層移動(dòng)研究

林曉悅1李 銀2

(1.四川宇泰特種工程技術(shù)有限公司；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院)

針對(duì)緩傾斜多層薄礦體的特點(diǎn)，以江西省上橫山礦區(qū)釩礦段為例，分析了3個(gè)主礦體的賦存特點(diǎn)和開采難點(diǎn)，并選擇了合適的采礦方法。在此基礎(chǔ)上，采用有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)礦體的回采全過程進(jìn)行模擬研究，得出了開采過程中不同礦房參數(shù)設(shè)計(jì)，不同超前距離開采方式下的礦體及圍巖的移動(dòng)規(guī)律和應(yīng)力變化情況，為該類礦床開采提供參考。

緩傾斜多層薄礦體 開采應(yīng)力 巖層位移 數(shù)值模擬

極近距離緩傾斜多層薄礦體在地下呈層狀產(chǎn)出，層與層之間距離近，礦體薄，傾角小，且每個(gè)礦體的厚度及品位不穩(wěn)定[1-5]。在多層礦體開采過程中，往往會(huì)形成相互影響的復(fù)雜開采格局。當(dāng)多中段同時(shí)作業(yè)時(shí)，礦體間重復(fù)采動(dòng)，隨著礦體回采工作的進(jìn)行，采空區(qū)日益增大，圍巖發(fā)生變形破壞的可能性也隨之增大。因此，有必要對(duì)該類礦體開采的相關(guān)問題展開研究。

1 礦床開采難點(diǎn)

2 采礦方法

在地壓的控制和管理方面，與礦廢分離分層采礦法相比，長(zhǎng)壁式崩落采礦法生產(chǎn)能力更大，能夠滿足礦山連續(xù)穩(wěn)定的開采需求。經(jīng)過綜合分析該礦區(qū)多層緩傾斜薄釩礦的實(shí)際情況，選擇長(zhǎng)壁式崩落法作為該礦的采礦方法。

3 巖體物理力學(xué)參數(shù)

上橫山礦段釩礦巖體RMR值為65，巖體等級(jí)為Ⅱ級(jí)，描述為好巖石。根據(jù)巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果和江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心的檢驗(yàn)結(jié)果，選取的巖體物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 巖體介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)

4 ANSYS數(shù)值模擬結(jié)果

4.1 不同超前距離開采時(shí)采空區(qū)應(yīng)力變化

由圖1可知，在第10個(gè)開采步驟之前，100 m超前頂板應(yīng)力>80 m超前頂板應(yīng)力>60 m超前頂板應(yīng)力，在第10個(gè)開采步驟之后則倒置，在進(jìn)行至第23個(gè)開采步驟之后，三者基本無明顯區(qū)別。由此可認(rèn)為，超前距離短的開采方式在頂板位移變化過程中總是首先達(dá)到單個(gè)周期內(nèi)的位移峰值，為此，設(shè)計(jì)100 m為最佳超前開采距離。

圖1 不同超前方式下采空區(qū)頂板應(yīng)力的變化

4.2 不同工作面長(zhǎng)度對(duì)圍巖應(yīng)力的影響

在100 m超前距離開采條件下，工作面長(zhǎng)為50，60 m時(shí)，開采全過程中所引起的圍巖頂?shù)装宓膽?yīng)力變化情況見圖2。

圖2 不同工作面長(zhǎng)度的圍巖應(yīng)力

對(duì)于開采引起的頂?shù)装鍛?yīng)力變化而言，只有在開采步驟進(jìn)行至15～22時(shí)，工作面為60 m開采所引起的頂?shù)装鍛?yīng)力才大于工作面為50 m開采所引起的頂?shù)装鍛?yīng)力，故在大部分開采過程中，工作面為60 m開采所引起的頂?shù)装鍛?yīng)力較小，因而設(shè)計(jì)以 60 m 劃分階段。

4.3 上層礦體開采對(duì)下層礦體的影響

對(duì)于極近距離多層礦體而言，上層開采對(duì)第2層礦體的影響比第3層礦體大，在第1階段回采完畢之前差別并不顯著。但在第1階段回采完畢后，隨著回采的繼續(xù)，上層開采對(duì)第2層礦體應(yīng)力位移的影響越來越大，對(duì)第3層礦體影響則相對(duì)減弱。

圖3 回采上層礦體對(duì)下層礦體應(yīng)力的影響

5 結(jié) 論

(1)結(jié)合大橫山礦區(qū)釩礦的賦存特點(diǎn)，分析極近距離多層薄礦體的開采難點(diǎn)，并選擇長(zhǎng)壁式崩落法進(jìn)行開采。

(2)針對(duì)極近距離多層薄礦體的特點(diǎn)，應(yīng)用ANSYS有限元數(shù)值模擬分析軟件，對(duì)回采全過程進(jìn)行模擬，并分析礦房在回采過程中的應(yīng)力位移變化規(guī)律，得到了最佳采礦參數(shù)。

(3)在回采過程中，礦房頂?shù)装宄霈F(xiàn)過應(yīng)力突增或位移突增點(diǎn)，當(dāng)回采至此處時(shí)需加強(qiáng)支護(hù)。

[1] 羅周全，周科平，古德生，等.一種新型的緩傾斜多層礦體采礦技術(shù)[J].中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，2003，13(3)：760-763.

[2] 劉 敏.重復(fù)采空下多層礦采場(chǎng)應(yīng)力及巖層移動(dòng)規(guī)律研究[D]. 武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[3] 張世雄. 固體礦物資源開發(fā)工程[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2010.

[4] 王新民，王長(zhǎng)軍，張欽禮，等.基于ANSYS程序下的采場(chǎng)穩(wěn)定性分析[J].金屬礦山，2008(8)：17-21.

[5] 盧宏建，羅 濤，甘德清.基于ANSYS的礦山三維動(dòng)態(tài)建模系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].金屬礦山，2009(1):106-107.

2015-02-05)

林曉悅(1990—)，女，助理工程師，碩士，610031 四川省成都市二環(huán)路北一段18號(hào)。