【摘要】：以湖北三鑫公司-370 m中段殘留頂柱的安全經濟回采為例,采用普氏拱理論對現(xiàn)有頂板穩(wěn)定性進行分析。并結合開采現(xiàn)狀,在現(xiàn)場測試的基礎上,采用數(shù)值模擬的方法對4種回采方案的計算結果進行對比分析。最后得到不同方案下頂柱回采過程中采場周圍的位移、應力、塑性區(qū)的分布規(guī)律,并據此得出最優(yōu)回采方案。結果表明:在10 m厚的頂柱中,第一層礦房尺寸采用4 m×4 m,第二層礦房尺寸采用4 m×5 m,頂部預留1 m礦體,并且均采用"隔二采一"的回采順序能夠有效地避免間柱中出現(xiàn)塑性區(qū)貫通。頂部的拉伸破壞區(qū)和塑性區(qū)限制在留設的1 m礦體中,上部充填體受到的影響較小。從而既保證了采場的安全穩(wěn)定性,也最大限度地回采了頂柱資源。
【圖文】：

究背景，結論不具有普遍性。對于湖北三鑫公司現(xiàn)采用的殘礦回采方法，需要進行針對性的研究，為現(xiàn)場的結構參數(shù)和回采順序優(yōu)化提供參考。1工程概況湖北三鑫金銅股份有限公司在進行－220m中段至－570m中段礦體開采時，采用階段空場嗣后充填采礦法，中段之間留設10m高的頂?shù)字�，礦石品位較高，儲量可觀。在進行－370m中段頂柱的回采時，，將頂柱劃分為上下兩層，每層高度為4m，上部留設2m厚的礦體護頂，每層沿礦體的走向劃分若干個寬度為4m的礦房，回采時按照“隔一采一”的順序分步進行，結束后充填接頂，具體結構參數(shù)如圖1所示。在回采過程中，間柱及上部充填體的變化情況直接影響采場的穩(wěn)定性，需要開展針對性回采方案優(yōu)化研究。圖1充填體下回采頂柱結構示意Fig．1Schematicdiagramofthetoppillarstructureundertheback-fill2回采方案初步設計結合礦山實際開采情況，從安全性和經濟性兩方面綜合考慮，對回采方案進行初步設計。從安全性方面考慮，礦房尺寸不能太大，應采用“隔多采一”的回采順序;從經濟性方面考慮，頂板厚度不能太大。為了與實際礦房尺寸和開采順序形成對比，更好地優(yōu)化采場結構參數(shù)和開采順序，本次數(shù)值模擬初步選擇4個方案如表1所示。其中方案一、三、四每個采區(qū)有7個礦房，總寬28m;方案二每個采區(qū)有10個礦房，總寬40m。表1頂?shù)字夭煞桨窽able1Stopingschemeoftopandbottompillars方案層數(shù)礦房寬×高/m×m頂板礦體厚度/m回采順序一24×42隔一采一二24×42隔二采一三24×50隔一采一四25×50隔一采一3頂板穩(wěn)定性理論計算已有研究表明，采空區(qū)頂板巖層破壞有2種形式:一種是由于上部荷載作用，頂板巖層產生過大變形導致基礎破壞;另一種是由于頂板巖層出現(xiàn)拉應力，當頂板巖層中的拉應力超出

m，建模過程中使用CAD提取各中段礦體輪廓，曲線處理后放樣生成三維礦體模型。將礦體模型導入ANSYS后嵌入圍巖內，得到800m(長)×800m(寬)×570m(高)的立體模型，并通過自由劃分網格得到759668個單元。最后在FLAC3D中劃分不同中段進行數(shù)值計算。本文以－370m中段為研究對象，按照礦山現(xiàn)采用的回采方案建立模型如圖2所示。礦體分為上下2層，礦房編號從左至右依次為1#、2#、3#。模擬過程中做出如下假設:不考慮每個礦房的開挖步數(shù)，進行一次回采;多個礦房回采后一起充填;計算中不考慮時間有關的物理量。圖2數(shù)值計算模型示意Fig．2Schematicdiagramofnumericalcalculationmodel4.2本構模型及物理力學參數(shù)的選取莫爾－庫侖模型能夠準確地描述多數(shù)巖土類材料的破壞行為，得到廣泛的應用［12］。在數(shù)值模擬中，選用此模型作為礦巖、充填體的本構模型。在礦山地質資料和現(xiàn)場試驗結果的基礎上，對礦巖的室內物理力學參數(shù)進行工程處理，得到巖體的物理力學參數(shù)，見表2。表2礦巖物理力學參數(shù)Table2Physicalandmechanicalparametersofrock巖體容重/(N/m3)單軸抗壓強度/MPa彈性模量/GPa泊松比內聚力/MPa內摩擦角/(°)抗拉強度/MPa體積模量/GPa剪切模量/GPa礦體3000033.2017.10.301.9641.651.8714.256.58圍巖2750030.0416.180.261.8040.801.7011.246.42充填體2000050.80.181.5350.60.420.344.3地應力計算對于深部地應力測量及分布規(guī)律的研究，常使用線性回歸的方法進行分析，得到最大水平主應力、最小水平主應力和垂直主應力隨深度變化的規(guī)律［14］。線性回歸方程形式為σ=kH+b.(3)式中，σ為應力值，MPa;H為深度，m;k、b為線性方程參數(shù)。根據大冶鐵礦地應力測試結果，?

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