某矿东区深部矿体回采效应探究范文

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摘要：某矿东部矿体前期回采采用无底柱分段崩落法回采，深部采用分段嗣后充填回采。本文主要模拟深部矿体回采过程中，自身的稳定性、及对崩落法开采形成的存窿空区效应分析。重点揭示某矿东部深部矿体回采对存窿空区顶板稳定性及自身回采过程中岩层移动规律，为后续深部采矿的顺利衔接提供重要的理论依据。

关键词：矿体；回踩效应；稳定性；应变关系

某矿东部矿体前期回采采用无底柱分段崩落法回采，首采分层利用矿石当覆盖层，在-370以上形成一个体积近200万m³的空区，空区覆盖层平均厚度约40m。后期东部矿体的采用分段嗣后充填法回采。为了揭示深部矿体回采的稳定性，以及对存窿矿区顶板稳定性产生的影响，采用岩体介质材料有很好适应性的FLAC3D三维有限差分软件对深部矿体的回采进行数值模拟，为后续的深部矿体安全、高效回采提供坚实的理论依据。

1计算模型建立岩体本构关系

简单来说就是其应力-应变的关系，以数学表达式来表达，即称为岩体本构模型。从实验室岩石力学试验和现场实际调查可知，该矿床的矿岩硬度大、结构简单、完整性较好，围岩岩体评价质量好。且没有深部高应力威胁，故选择通用型的摩尔-库伦模型作为本构模型。根据龙桥矿采空区分布范围，建立了长宽高分别为2660m、2000m和820m的几何模型，其矿体部分单元尺寸为10m×10m×10m。计算范围空区跨度的3～5倍，为了更客观地模拟龙桥矿存窿矿石大量放出过程顶板岩层移动及应力变化规律，对上述建立的几何模型，设立了如下边界条件：顶部设定为自由边界(Z=120m)；底部(Z=-700m)施加垂直方向位移约束，即UZ=0；模型X方向的端面边界(2680，5340)，施加位移约束，即UX=0；模型Y方向的端面边界(3120，5120)，施加位移约束，即UY=0。

2深部矿体回采效应分析

选取最靠近存窿空区边界的06WR2、04WR2、02WR2、00WR2四个采场进行回采模拟，模拟该四个采场形成的空区对东部区域稳定性影响。根据实际的回采顺序以及目前实际情况进行模拟。本次数值模拟重点揭示龙桥矿东部深部矿体回采对空区顶板稳定性及自身回采过程中稳定性的特征，为节省篇幅选取-380水平、4线剖面详细分析最大主应力、最小主应力。揭示深部四个采场矿体回采，自身的稳定性及对存窿矿空区岩层移动规律。东部存窿矿空区，水平垂直方向的位移呈现椭球体形状，椭球体长轴方向长轴与矿体走向近似成310方向产出，基本与矿体的水平投影一致，空区中心的位移为5cm左右，说明深部矿体受空区影响存在挤压效应，影响范围大致在30m左右，随着围岩渐离空区，其位移量逐渐减小。00WR2采场回采完成后，00WR2采场周边的位移量基本没产生变化，但是随着与00WR2采场沿走向一直的02WR2采场回采之后，00WR2采场南北向两侧的位移量达到1.2cm，范围约占采场走向长度的三分之二，02WR2采场北侧的位移量范围也较大，位移量1.2cm。04WR2及06WR2在垂直走向上距离上部采空区距离较00WR2、02WR2采场远20m左右，其回采之后采场位移量变化不大。但是随着04WR2的回采，00WR2、02WR2的采场的位移量范围有所扩大，扩大区域主要集中在采场南侧。四个采场回采之后，位移量最大、范围最大的均为00WR2采场。累计回采后-380m顶板岩体最大主应力的规律如下：在采空区顶板围岩中存在最大主应力明显降低区，应力降低区域的空间分布模式受采空区轮廓的影响4线至6线区域，-380水平最大主应力为1Mpa，未出现拉应力，说明随着深度的增加，采空区下部的稳定性较好。最小主应力值在-6.0MPa~-6.59Mpa区间，最大主应力轻度集中，主要区域为存窿矿回收空区的上盘。深部00WR2采场回采之后，采场南北两侧的最大主应力值有所降低，其数值在0.5Mpa左右，采场周边稳定性较好。随着02WR2采场回采之后，采场上、下盘围岩等接触处最大主应力升高区较为明显，2线采场最大主应力升高，区域迅速扩大。00WR2采场南侧出现一定范围的应力增大区域。随着04WR2及06WR2采场的回采，采场南北测应力进一步降低，不稳定区域主要集中在深部采场及存窿矿空区之间的区域，两者距离越近，其最大主应力值越大。采空区围岩呈现的最小主应力的空间分布规律有以下规律如下：①在采空区顶板和底板相邻围岩存在明显的最小主应力降低区域，其最小主应力值为-1.5Mpa至-2Mpa，-380m顶板最小主应力由为压应力，围岩整体稳定性良好；②在距离采空区顶板和底板一定距离区域内，存在明显的应力集中现象，底板岩层应力集中区域的最小主应力为-20.00Mpa左右，主要范围为存窿矿空区南端；③随着围岩渐离采空区，其应力逐步趋近于原岩应力。

3结语

（1）本次数值模拟主要分析东部深部靠近存窿空区边界四个采场回采采顶板稳定性地压规律显现。深部矿体的回采对存窿矿空区的影响较小，但其自身的稳定性存在一定的安全隐患，在同一水平同时回采两个采场（00WR2、02WR2）预留15m矿柱的应力集中程度最大，稳定性不容乐观，建议后期深部矿体的回采在沿走向方向错开一定的距离。（2）深部采场的稳定性00WR2、02WR2不如04WR2、06WR2，其主要原因是00WR2、02WR2采场在垂直走向上更靠近存窿矿空区，受存窿矿空区的影响更大，结合数值模拟分析其距离存窿矿空区边界30m以上，深部采场的回采的稳定性基本不受存窿矿空区的影响，距离在10m以内，深部采场的回采稳定性较差，且两空区间的预留矿体稳定性也变差。（3）深部采场的回采对相邻采场的稳定性会造成一定程度的影响，特别是在前期开采的采场未充填状态下，相邻采场回采对形成的空区影响较大。（4）深部采场的宽度以小于15m为宜，宽度过大容易导致采场两帮围岩出现大面积的应力集中现象。（5）东部1线值8线的稳定性受及存窿矿的回收及深部矿体开采的相互作用，必须合理的安排采场的回采顺序，预留一定距离的隔离矿柱。

作者：李峰 单位：安徽金日盛矿业有限公司