某矿山深部开采充填体强度及充填方案优选研究

【摘要】：矿山浅部资源的开采日渐枯竭,地下矿体的开采正逐渐转入到深部开采,而深部矿体回采面临着面临着诸多安全问题。本文以某矿山800 m中段深部试验采场作研究,该矿山深部开采采用充填采矿法,尾砂作为充填材料。为了保证深部矿体的安全回采及采场顶底板稳定性,本文主要的研究内容及相关成果如下所示:1、对该矿山充填尾砂材料进行实验室试验,分析了尾砂材料的基本物理参数、化学成分进行了测定分析,判断出矿山尾砂的化学组成正常,对充填体强度影响较大的S元素含量不高,仅有0.55%。同时得出尾砂微细粒含量较高,对尾砂的沉降性能以及充填料浆的澄清均会有较大的影响,进一步对矿山尾砂进行沉降特性及坍塌度与扩展度的试验,得出采用巴斯夫尾矿专用絮凝剂在添加量为40g/t时,尾砂沉降性能达到最佳状态,最佳充填料浆的浓度范围在70%-72%。2、在室内对不同配比的尾砂胶结充填体进行力学试验,得出充填体抗压、抗拉强度变化主要受到灰砂比、浓度、养护龄期的影响。同时采用正交试验并进行极差分析的方法对抗压强度分析可知,养护龄期对该矿山尾砂胶结充填体强度影响最显著,并建立了充填体强度随养护龄期变化的三次多项式数学模型。并根据正交优化分析中充填体强度随料浆浓度变化可知,其强度在浓度70%-72%增幅最大,依照之前所推荐的料浆浓度范围,得出矿山采用料浆浓度为72%进行充填作业最为合适。3、对充填体与围岩的力学作用机理进行研究分析,阐述了充填体充入采场后的主要作用机理。并采用损伤力学的原理对不同灰砂比的充填体进行研究,构建出不同配比下的充填体损伤力学模型,得出了不同配比下的充填体损伤规律。同时采用了尖点突变理论分析了充填体与采空区岩体的合理匹配,通过分析结果可知,该矿山进行充填开采时,充填体设计的临界强度为0.78 MPa。4、在理论计算所得充填体临界强度的基础上,结合矿山实际开采条件,设计3种充填开采方案。通过建立深部矿体开挖计算模型,模拟了在3种不同开采方案下的采场稳定性状况。根据模拟分析结果可知,采用充填方案1与充填方案2作为开采方案,在二步骤回采过程中会产生拉应力破坏导致充填体失稳,并出现较大范围的塑性区且贯通的现象,因此在回采过程中会发生失稳。而方案3只在顶底板出现塑性区,且在二步骤充填后得到缓解,充填体内部并无塑性区。因此,经过分析,选定充填方案3是较为合理的开采方案。