充填采礦方法在不同圍巖條件下的研究

杜玉鋒

摘 要：通過對充填高度，充填強度和才開路徑進行研究，發(fā)現(xiàn)：開采前期開采區(qū)頂板位置出現(xiàn)最大沉降，隨開采深度增加，最大沉降向左移動，主要由于傾斜狀采礦體和開采層中心移動導(dǎo)致的。開采完成后，在開采區(qū)頂板左側(cè)出現(xiàn)最大沉降，處于較大危險區(qū)域，實際生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)坍塌事故，采用一次充填高度為1.5m，一次充填體強度為3.0MP，開采順序為隔一采一，為較優(yōu)開采方案。

1 前言

隨著社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的快速變化，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對于資源的需求量快速增加，隨著國家對資源需求量的不斷上升，一些淺埋的礦產(chǎn)資源已經(jīng)被充分開發(fā)，為滿足 資源需求，必須將更深層的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用，這將導(dǎo)致開采施工處于更加艱難的處境。 在地下深埋礦產(chǎn)資源開發(fā)的實際工程中，控制圍巖穩(wěn)定性尤為重要，近些年的實際工程中，礦山災(zāi)害事故頻頻發(fā)生。

2 采礦方法研究

2.1 洞室圍巖壓力計算

隧道開采后，頂部圍巖失穩(wěn)，形成壓力拱，隧道圍巖上的支護壓力為巖石的自重。壓力拱高可以通過二次拋物線來確定，如下式：

2.2洞室圍巖壓力數(shù)值模擬計算

采用有限差分數(shù)值模擬軟件FLAC模擬圍巖應(yīng)力值，將數(shù)值模擬解與應(yīng)力解析解對比法分析可知：充填壓力分別取3.0MPa、3.5MPa和 4.0MPa進行對比發(fā)現(xiàn)，采用平面應(yīng)變模型，四周邊界均超過開采區(qū)域5倍尺寸。

通過上述對比可知，解析解與模擬解之間的差值較小，垂直應(yīng)力的差值分別為4.53%、6.06%和4.14%，與經(jīng)驗公式計算值的差值分別為2.21%、6.11%和3.94%;水平應(yīng)力差值分別為1.02%、6.47%和5.95%，與經(jīng)驗公式計算值的差值分別為2.21%、6.11%和2.81%。理論計算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相差不多，理論驗證可保證模擬結(jié)果的準確性，確保后續(xù)模擬的可行性。

2.3六邊形洞室壓力數(shù)值模擬驗證

為驗證數(shù)值模擬的準確性，采用有限差分軟件FLAC3D對圍巖洞室的應(yīng)力值進行模擬，充填體抗壓強度設(shè)置為1.5MPa、2.0MPa和2.5MPa。設(shè)置模型四周邊界條件為5倍邊界尺寸，施加0.8MPa頂部荷載，底端固定。

對比理論與數(shù)值計算結(jié)果可知，理論計算結(jié)果與數(shù)值計算結(jié)果誤差較小，抗壓強度為1.5MPa時，差值為7.84%，抗壓強度為2.0MPa時，差值為7.79%，抗壓強度為2.5MPa時，差值為7.69%，較好的反應(yīng)了六邊形巷道周圍應(yīng)力分布情況。

3 垂直交叉法開采礦產(chǎn)對圍巖穩(wěn)定性影響

3.1優(yōu)化方案設(shè)計

為了探究不同影響因素對模型優(yōu)化的影響，對一次充填高度、充填體強度，二次充填體強度及圍巖開采順序四個因素進行探討，具體研宄方案見表3。

3.2充填高度對采礦穩(wěn)定性影響

對充填高度1.0m、1.25m和1.5m進行分析，較為符合實際開采情況。

3.2.1圍巖變形規(guī)律分析

開挖到step1時，在開采路徑四周圍巖發(fā)生較大變形，頂部沉降最大為18.11mm，底部出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象，最大底鼓值約5mm。開挖到step10時，開采區(qū)頂板處出現(xiàn)最大沉降。開挖到step30時，底鼓區(qū)域出現(xiàn)向下延伸現(xiàn)象，最終在開采區(qū)頂板左端及上盤位置出現(xiàn)變形最大值沉降為144.15mm，表明該處圍巖在開挖過程中容易產(chǎn)生塌落現(xiàn)象。

3.2.2圍巖應(yīng)力場分析

開挖step1時，開挖路徑周圍壓應(yīng)力為0.25MPa呈環(huán)狀分布，開挖step10時，開挖路徑上部承受壓應(yīng)力約為0.45MPa，下部巖層承受壓應(yīng)力約為0.65MPa，分部于開采區(qū)兩側(cè)。開挖step30時，進路應(yīng)力與開采深度成正比關(guān)系，上部被充填體取代的巖體約受0.75MPa壓應(yīng)力，左下部最大應(yīng)力區(qū)域隨開采深度增加向下移動，且最大受壓區(qū)域面積逐漸增大。

4 結(jié)論

（1）通過以上分析可知：開采前期開采區(qū)頂板位置出現(xiàn)最大沉降，隨開采深度增加，最大沉降向左移動，主要由于傾斜狀采礦體和開采層中心移動導(dǎo)致的。開采完成后，在開采區(qū)頂板左側(cè)出現(xiàn)最大沉降，處于較大危險區(qū)域，實際生產(chǎn)過程中易出現(xiàn)坍塌事故。

（2）通過分析在保證安全和經(jīng)濟條件下，采用一次充填高度為1.5m，一次充填體強度為3.0MP，開采順序為隔一采一，為較優(yōu)開采方案。

參考文獻

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