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大红山铜矿铜铁合采盘区矿柱稳定性的数值分析研究

陈超  
【摘要】:本文针对大红山铜矿435中段13矿体和12矿体以及其间的铁矿体同时回采(铜铁合采)、两矿体间不留隔层的回采方案,采用有限差分程序FLAC3D,对该中段矿房矿柱尺寸,进行了三维数值模拟和优化分析。 由于铜铁合采后矿房和矿柱高度急剧增高,本文主要研究铜铁合采后矿柱的稳定性,以及维护矿柱稳定性措施的有效性。 在开展研究的地段,每个盘区内又分为第一、第二、第三、三个采场,第一采场与第二采场之间的矿柱为A矿柱,第二采场与第三采场之间矿柱为B矿柱,第三采场与相邻盘区之间矿柱为C矿柱,三个采场从第一到第三依次回采。本文使用有限差分程序FLAC3D,分别建立了矿柱(A、B、C)尺寸为5m、5m、8m、5m、8m、8 m、8m、8m、8m三个模型,模拟不同矿柱尺寸下应力分布情况。此外,还模拟了在采场中部,预留20 m厚的临时矿柱的情况下,矿柱顶板受力情况。最后,采用经典粘弹性模型,模拟时间因素对顶板矿柱稳定性影响。 所获得的主要结论如下: (1)结果表明在间柱尺寸分别为:5m、5m,8m,5m、8m、8m,8m、8m、8m三种模型中,综合安全生产和提高资源回收率,间柱尺寸为5 m、8 m、8 m,是三个方案之中的最优方案。 (2)在第二第三采场中部预留临时矿柱的方案,并没有增加矿山的工程量,仅调整了落矿时间,但却可以明显改善采场回采过程中采场顶板与间柱的受力状态,提高矿柱及顶板的稳定性,所以第二第三采场中,预留临时矿柱在实际生产中是合理可行的。 (3)蠕变模型计算的结果,第三采场回采后,A间柱、B间柱、C间柱(见图4.2)上平均压应力比在各向同性弹性模型的结果小7~15MPa。这可能是由于经典粘弹性模型中考虑到随着时间的延长位移增大,间柱上压应力转移到围岩中去的缘故。显然,这对矿山实际生产过程中维持矿柱的稳定性是有利的。 (4)在蠕变模型计算结果中,第三采场回采后,A间柱、B间柱、C间柱上都没有拉应力出现,间柱上拉应力的存在会降低其本身的强度,没有拉应力出现对实际生产过程中维持间柱的稳定性来说是有利的。 (5)在蠕变模型计算结果中,第一采场回采后矿房矿柱应力重新分布,引起围岩变形,矿房顶板最大位垂直位移达11.26cm,底板达到3.86cm,明显大于弹性模型中的0.92cm和0.66 cm。在第二采场回采后矿房顶板最大垂直位移达14.67cm,底板达到6.05cm,明显大于弹性模型中的1.47cm和1.28 cm。这说明了在矿房矿柱长期稳定性分析中,不考虑时间因素的弹性变形是不可取的。


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