基于FLAC3D的谦比希铜矿盘区保安矿柱稳定性分析.pdf
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1、 208 1 前言地下开采过程中,常留设一定厚度的保安矿柱与围岩共同作用来支撑上覆岩石,以此来保持采场结构稳定,实现矿体安全回采。但是保安矿柱留设过大、过多,将造成资源的浪费,不利于矿山的可持续发展;若保安矿柱留设不足,矿柱承载力不够将发生失稳破坏,威胁井下人员和设备安全。因此,研究留设保安矿柱不同厚度的稳定性,不仅对维持采场结构稳定、实现井下安全高效回采具有重大意义,同时可对后期优化矿柱留设开采提供有益借鉴。王文军等1采用 ANSYS 有限元软件,分析了不同厚度隔离矿柱的位移规律和塑性区分布规律,验证了 25m 厚原岩隔离矿柱能保证安全生产;刘志新等2对过渡区不同厚度矿柱下的采场运用 ANS
2、YS和 FLAC3D 进行了三维数值模拟计算,得到现阶段矿柱仍能支撑两个分层采场的回采;张兵等3采用 FLAC3D软件对 21m 厚度的水平矿柱进行了稳定性分析,得到其能有效保障上下采场安全作业;盛佳等4基于沉降监测、层次分析法及数值模拟对井筒保安矿柱的稳定性进行了分析,综合研判井筒保安矿柱稳定性良好。中色非洲矿业有限公司谦比希铜矿东南矿体采用预切顶空场嗣后充填法条带式开采,盘区间根据经验所留设的保安矿厚度为 25m,为探究其留设此厚度保安矿柱的稳定性,同时为后期优化矿柱尺寸留设提供借鉴,本文运用 FLAC3D 数值模拟软件分别对二步骤采场回采完成后,从应力、位移及塑性区方面分别对保安矿柱留设
3、厚度在 25m、23m、21m、19m、17m、15m 时进行研究分析。2 开采技术条件谦比希铜矿东南矿体一期工程首采区主要回采 1 号矿体 0 线以北部分,其首采区又划分为北首采区和南首采区。北首采区分布于地表勘探线 39 线 53 线,垂向范围 9801060m 水平。1 号矿体厚度 1315m,平均厚度 14m,平均倾角 10。基于FLAC3D的谦比希铜矿盘区保安矿柱稳定性分析杨清平1,陈志强2,王红心2(1.中色非洲矿业有限公司,赞比亚基特韦 22592;2.北京金诚信矿山技术研究院有限公司,北京 101500)摘 要:井下开采时,每隔一定距离经常留设一定厚度的保安矿柱与围岩共同作用来
4、支撑上覆岩层维持采场结构稳定,实现矿体安全回采。谦比希铜矿东南矿体采用预切顶空场嗣后充填法条带式开采,分两步骤回采,盘区间留设 25m 厚的保安矿柱。为分析盘区间留设的保安矿柱稳定性,同时为后期优化开采提供借鉴,本文运用 FLAC3D数值模拟软件,分别模拟 25m、23m、21m、19m、17m 及 15m 厚度矿柱在二步骤采场开挖完成后应力、位移及塑性区情况。研究结果表明,矿柱厚度尺寸在 19m 及以上时,可满足其稳定性要求。同时,现场观察显示,二步骤采场回采完成后,盘区间留设的 25m 厚矿柱结构良好,未发生片帮等现象。关键词:FLAC3D;保安矿柱;厚度;稳定性 209 矿体上盘围岩主要
5、为石英岩及泥质石英岩等,厚度1175m,岩体完整,局部为基本完整,岩石结构致密、坚硬、稳定、完整。矿体主要为矿化板岩。矿体下盘围岩主要为石英岩、下盘砾岩及长石石英岩等,下盘岩石均坚硬、稳定、完整。3 预切顶空场嗣后条带式开采法设计将矿体划分为盘区为回采单元组织生产,盘区沿矿体走向方向布置,每个盘区长 200m,宽 100m,盘区内矿块高 50m,盘区间留 25m 厚间柱,盘区内条形采场长 80m,宽 9m。采用预切顶空场嗣后充填法开采,“隔一采一”,一步骤采场回采完成且充填体养护合格后,回采二步骤采场。单个采场切顶上山完成后,在采场一端施工切割天井,为切割拉槽提供自由面,切割槽完成后,在切顶上
6、山采用下向平行中深孔后退式回采,回采剖面图如图 1 所示。4 采场数值模型的建立4.1 几何模型的建立选取谦比希铜矿东南矿体北首采区 960m 水平分段 1 盘区 5 个采场和 2 盘区 5 个采场建立几何模型。Z方向模型范围根据埋深确定,960m 水平分段矿体埋深 960m。X、Y 方向的模型范围依据圣维南原理确定,即根据应力扰动波及范围,选取 3 倍的开挖边界作为建立 X、Y 方向的模型范围5。几何模型尺寸大小为250m150m100m(长 宽 高),具体如图 2 所示,模型共包含单元 305500 个,节点 319968 个。4.2 力学参数的确定模拟计算选取摩尔库伦强度准则,矿岩物理力
7、学参数使用的是矿山前期开展的力学试验研究取得的结果数据经折减而来,具体数值见表 1。体积模量 K、剪切模量 G 与弹性模量 E、泊松比图1 条带式采场回采剖面图图2 北首采区960m水平分段1盘区和2盘区三维数值计算模型表1 模型计算所用的矿岩和充填体物理力学参数值表岩性密度0/gcm-3泊松比抗压强度/MPa抗拉强度/MPac/MPa内摩擦角/()Erm/GPa上盘石英岩2.710.3419.80.85.2941.125.56矿体2.760.2922.51.16.2343.986.17下盘石英岩2.690.2419.10.65.147.074.77一步骤回采充填体2.100.321.500.
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