基于数值模拟的高峰矿深部采场结构参数优化研究.pdfVIP

第 8期 马生徽 ，等：基于数值模拟的高峰矿深部采场结构参数优化研究 一 250m中段矿体呈近似南北走 向的 “哑铃状”，距地 影响。而采场的结构参数众多，为便于分析比较，采 表超过 1000m，已属于深部开采 。在该 中段 52 ～ 用正交试验设计 的方法 ，设计 出矿块长度、分层高 54 勘探线 ／工 ～ Ⅱ一Ⅲ 勘探线之 间，矿体厚度为 度 、矿柱宽度 以及超前 回采分层数 4因素、3水平共 6～10m，倾角为 3O。～5O。，矿体沿走 向长度为 360～ 9组方案 ，正交试验方案见表 1。 400m，属于中厚倾斜矿体 ，上下盘 围岩均为生物礁 2．3 初始条件和计算参数的选取 灰岩 ，属完整性好的硬质岩石 ，普氏系数为 8～1O。 根据历次地应力调查 ，高峰矿构造应力 的水平 生物礁灰岩的抗压强度一般高于矿石 ，个别地段的 应力比垂直应力大，初始应力采用应力边界法施加， 矿石抗压强度较低 。设计采用机械化上向水平分层 先计算原岩应力场平衡 ，得到采场开挖前 的最初应 无间柱充填法 回采 ，矿块沿矿体走 向布置 ，长 7O～ 力状态 ；然后模拟分层开挖 ，得到开挖后 的围岩应力 90m，宽为矿体宽度 ，高为中段高度 ，不留间柱和顶 状态 ，位移变化和塑性破坏状态 。在计算 中固定模 柱 ，只留底柱。由于未设 间柱，为便于相邻两个矿房 型的左右表面的x方向位移 ，固定模型前后表面的 的回采 ，在相邻矿块交接处用 1：4的水泥砂浆进行 Y方 向位移，固定模型下表面的Z方向位移 。数值 胶结充填 ，形成一个 8m宽左右 的胶结充填体人工 计算采用 Mohr-Coulomb准则_g]。计算参数通过现 矿柱。取消了间柱，增大了矿房尺寸，使采场生产能 场取样和室内岩石力学试验以及相应的岩体参数工 力提高，损失率和贫化率降低 ，经济效益显著提高。 程处理得 到，对 于 回采 空场采用 FLAC∞内置 的 然而连续布置采场实行强化采矿时，要保证安全高 null空模型，计算参数如表 2所示 。 效生产，矿块长度、分层高度、人工矿柱宽度和超前 3 计算结果及分析 回采分层数等参数的确定尤其重要 f8_。本文利用 本次正交数值试验主要研究采场结构参数对顶 FLAC如软件 ，采用数值分析的方法，研究采用不同采 板稳定性的影响，通过对 比不 同参数 的采场顶板稳 场结构参数回采时对采场稳定性的影响，以确定合理 定优选 出最优结构参数 ，以顶板 中最大主应力 P以 的采场结构参数 ，保证深部充填回采的生产安全。 及单位长度上的塑性破坏体积 V作为评价采场稳 2 数值模型建立及计算方案的选择 定性的指标 。由于各方案矿块长度不一 ，故采用单 2．1 计算模型的建立 位长度上的塑性破坏体积作为评价指标。若最优的 为便于建模和分析计算 ，现做出如下假设 ：①矿 采场结构参数不能同时使指标 P和指标 V 同时达 体的厚度和倾角设为固定值；②简化矿体 回采过程 ， 到最小 ，以最大主应力指标为主 ，试验结果见表 3。 矿块分层一次回采 ；③不考虑地下水 的影响；④矿岩 采用极差分析法进行数值计算结果 ，极差大小 体假设为理想弹塑性体，不考虑应变硬化 (或软化)。 反映了该因素选取不同的水平变动对指标的影响大 计算几何模型，模型的下盘围岩为生物礁灰岩 ，上盘 小 ，极差越大 ，说明该因素对指标的影响越大。由表 围岩也为生物礁灰岩 ，开采范围内的关键层 (顶板 ， 3求出各因素每个水平 的均值和极差，可 以得出P 矿柱 ，顶柱)网格划分较密集 ，围岩部分较稀疏 。 (表 4)和 V(表 5)的极差分析结果。