（安徽金日盛礦業(yè)有限公司,安徽 霍邱 237400）

某礦東部礦體前期回采采用無(wú)底柱分段崩落法回采，首采分層利用礦石當(dāng)覆蓋層，在-370以上形成一個(gè)體積近200萬(wàn)m3的空區(qū)，空區(qū)覆蓋層平均厚度約40m。后期東部礦體的采用分段嗣后充填法回采。為了揭示深部礦體回采的穩(wěn)定性，以及對(duì)存窿礦區(qū)頂板穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響，采用巖體介質(zhì)材料有很好適應(yīng)性的FLAC3D三維有限差分軟件對(duì)深部礦體的回采進(jìn)行數(shù)值模擬，為后續(xù)的深部礦體安全、高效回采提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。

1 計(jì)算模型建立

巖體本構(gòu)關(guān)系簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是其應(yīng)力-應(yīng)變的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表達(dá)，即稱(chēng)為巖體本構(gòu)模型。從實(shí)驗(yàn)室?guī)r石力學(xué)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查可知，該礦床的礦巖硬度大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、完整性較好，圍巖巖體評(píng)價(jià)質(zhì)量好。且沒(méi)有深部高應(yīng)力威脅，故選擇通用型的摩爾-庫(kù)倫模型作為本構(gòu)模型。

根據(jù)龍橋礦采空區(qū)分布范圍，建立了長(zhǎng)寬高分別為2660m、2000m和820m的幾何模型，其礦體部分單元尺寸為10m×10m×10m。計(jì)算范圍空區(qū)跨度的3～5倍，為了更客觀地模擬龍橋礦存窿礦石大量放出過(guò)程頂板巖層移動(dòng)及應(yīng)力變化規(guī)律，對(duì)上述建立的幾何模型，設(shè)立了如下邊界條件：頂部設(shè)定為自由邊界(Z=120m)；底部(Z=-700m)施加垂直方向位移約束，即UZ=0；模型X方向的端面邊界(2680，5340)，施加位移約束，即UX=0；模型Y方向的端面邊界(3120，5120)，施加位移約束，即UY=0。

2 深部礦體回采效應(yīng)分析

選取最靠近存窿空區(qū)邊界的06WR2、04WR2、02WR2、00WR2四個(gè)采場(chǎng)進(jìn)行回采模擬，模擬該四個(gè)采場(chǎng)形成的空區(qū)對(duì)東部區(qū)域穩(wěn)定性影響。根據(jù)實(shí)際的回采順序以及目前實(shí)際情況進(jìn)行模擬。

本次數(shù)值模擬重點(diǎn)揭示龍橋礦東部深部礦體回采對(duì)空區(qū)頂板穩(wěn)定性及自身回采過(guò)程中穩(wěn)定性的特征，為節(jié)省篇幅選取-380水平、4線(xiàn)剖面詳細(xì)分析最大主應(yīng)力、最小主應(yīng)力。揭示深部四個(gè)采場(chǎng)礦體回采，自身的穩(wěn)定性及對(duì)存窿礦空區(qū)巖層移動(dòng)規(guī)律。

東部存窿礦空區(qū)，水平垂直方向的位移呈現(xiàn)橢球體形狀，橢球體長(zhǎng)軸方向長(zhǎng)軸與礦體走向近似成310方向產(chǎn)出，基本與礦體的水平投影一致，空區(qū)中心的位移為5cm左右，說(shuō)明深部礦體受空區(qū)影響存在擠壓效應(yīng)，影響范圍大致在30m左右，隨著圍巖漸離空區(qū)，其位移量逐漸減小。00WR2采場(chǎng)回采完成后，00WR2采場(chǎng)周邊的位移量基本沒(méi)產(chǎn)生變化，但是隨著與00WR2采場(chǎng)沿走向一直的02WR2采場(chǎng)回采之后，00WR2采場(chǎng)南北向兩側(cè)的位移量達(dá)到1.2cm，范圍約占采場(chǎng)走向長(zhǎng)度的三分之二，02WR2采場(chǎng)北側(cè)的位移量范圍也較大，位移量1.2cm。04WR2及06WR2在垂直走向上距離上部采空區(qū)距離較00WR2、02WR2采場(chǎng)遠(yuǎn)20m左右，其回采之后采場(chǎng)位移量變化不大。但是隨著04WR2的回采，00WR2、02WR2的采場(chǎng)的位移量范圍有所擴(kuò)大，擴(kuò)大區(qū)域主要集中在采場(chǎng)南側(cè)。四個(gè)采場(chǎng)回采之后，位移量最大、范圍最大的均為00WR2采場(chǎng)。

累計(jì)回采后-380m頂板巖體最大主應(yīng)力的規(guī)律如下：在采空區(qū)頂板圍巖中存在最大主應(yīng)力明顯降低區(qū)，應(yīng)力降低區(qū)域的空間分布模式受采空區(qū)輪廓的影響4線(xiàn)至6線(xiàn)區(qū)域，-380水平最大主應(yīng)力為1Mpa，未出現(xiàn)拉應(yīng)力，說(shuō)明隨著深度的增加，采空區(qū)下部的穩(wěn)定性較好。

最小主應(yīng)力值在-6.0MPa～-6.59Mpa區(qū)間，最大主應(yīng)力輕度集中，主要區(qū)域?yàn)榇媪V回收空區(qū)的上盤(pán)。深部00WR2采場(chǎng)回采之后，采場(chǎng)南北兩側(cè)的最大主應(yīng)力值有所降低，其數(shù)值在0.5Mpa左右，采場(chǎng)周邊穩(wěn)定性較好。隨著02WR2采場(chǎng)回采之后，采場(chǎng)上、下盤(pán)圍巖等接觸處最大主應(yīng)力升高區(qū)較為明顯，2線(xiàn)采場(chǎng)最大主應(yīng)力升高，區(qū)域迅速擴(kuò)大。

00WR2采場(chǎng)南側(cè)出現(xiàn)一定范圍的應(yīng)力增大區(qū)域。隨著04WR2及06WR2采場(chǎng)的回采，采場(chǎng)南北測(cè)應(yīng)力進(jìn)一步降低，不穩(wěn)定區(qū)域主要集中在深部采場(chǎng)及存窿礦空區(qū)之間的區(qū)域，兩者距離越近，其最大主應(yīng)力值越大。

采空區(qū)圍巖呈現(xiàn)的最小主應(yīng)力的空間分布規(guī)律有以下規(guī)律如下：

①在采空區(qū)頂板和底板相鄰圍巖存在明顯的最小主應(yīng)力降低區(qū)域，其最小主應(yīng)力值為-1.5Mpa至-2Mpa，-380m頂板最小主應(yīng)力由為壓應(yīng)力，圍巖整體穩(wěn)定性良好；②在距離采空區(qū)頂板和底板一定距離區(qū)域內(nèi)，存在明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象，底板巖層應(yīng)力集中區(qū)域的最小主應(yīng)力為-20.00Mpa左右，主要范圍為存窿礦空區(qū)南端；③隨著圍巖漸離采空區(qū)，其應(yīng)力逐步趨近于原巖應(yīng)力。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）本次數(shù)值模擬主要分析東部深部靠近存窿空區(qū)邊界四個(gè)采場(chǎng)回采采頂板穩(wěn)定性地壓規(guī)律顯現(xiàn)。深部礦體的回采對(duì)存窿礦空區(qū)的影響較小，但其自身的穩(wěn)定性存在一定的安全隱患，在同一水平同時(shí)回采兩個(gè)采場(chǎng)（00WR2、02WR2）預(yù)留15m礦柱的應(yīng)力集中程度最大，穩(wěn)定性不容樂(lè)觀，建議后期深部礦體的回采在沿走向方向錯(cuò)開(kāi)一定的距離。

（2）深部采場(chǎng)的穩(wěn)定性00WR2、02WR2不如04WR2、06WR2，其主要原因是00WR2、02WR2采場(chǎng)在垂直走向上更靠近存窿礦空區(qū)，受存窿礦空區(qū)的影響更大，結(jié)合數(shù)值模擬分析其距離存窿礦空區(qū)邊界30m以上，深部采場(chǎng)的回采的穩(wěn)定性基本不受存窿礦空區(qū)的影響，距離在10m以?xún)?nèi)，深部采場(chǎng)的回采穩(wěn)定性較差，且兩空區(qū)間的預(yù)留礦體穩(wěn)定性也變差。

（3）深部采場(chǎng)的回采對(duì)相鄰采場(chǎng)的穩(wěn)定性會(huì)造成一定程度的影響，特別是在前期開(kāi)采的采場(chǎng)未充填狀態(tài)下，相鄰采場(chǎng)回采對(duì)形成的空區(qū)影響較大。

（4）深部采場(chǎng)的寬度以小于15m為宜，寬度過(guò)大容易導(dǎo)致采場(chǎng)兩幫圍巖出現(xiàn)大面積的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

（5）東部1線(xiàn)值8線(xiàn)的穩(wěn)定性受及存窿礦的回收及深部礦體開(kāi)采的相互作用，必須合理的安排采場(chǎng)的回采順序，預(yù)留一定距離的隔離礦柱。