劉 鑫，李富平，裴 博， 韓耀東，馬 寧

（1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，河北 唐山 063210；2.河北鋼鐵集團(tuán)沙河中關(guān)鐵礦有限公司，河北 沙河 054100）

由于中關(guān)鐵礦為大水礦山，礦體形態(tài)復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性差。為保證帷幕帶的穩(wěn)定，設(shè)計采用嗣后充填采礦法來控制巖體變形。系統(tǒng)地研究充填材料之間的合理配比，確定合理的充填體強(qiáng)度，使地表沉降得到有效控制。

1 開采參數(shù)設(shè)定及回采順序優(yōu)化

為確定合理的采場結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立了2個模型。模型l：礦房跨度25m，間柱寬8m。模型2：礦房跨度35m，間柱寬10m。通過模擬得到礦體關(guān)鍵部位的應(yīng)力、位移值見表1。

表1 開采結(jié)束后的采場應(yīng)力，位移結(jié)果

根據(jù)分析可知，模型1的穩(wěn)定性好，因此建議采用模型1的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

根據(jù)礦體實際情況，此次模擬了兩種回采方案：①采用從北向南的前進(jìn)式回采，每次開采兩個礦塊；②從礦體兩側(cè)向中間回采，每次同樣開采兩個礦塊。

兩種不同的回采順序都采用四個步驟的開采方式進(jìn)行模擬，每一步開采后得到的數(shù)值進(jìn)行模擬計算后可以得到對應(yīng)的主應(yīng)力分布圖。通過模擬分析開采過程中最小、最大主應(yīng)力分布情況，可得出方案1和方案2都會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，但方案2的應(yīng)力重分布使得下盤巖體起到支撐作用且相比較方案1其最低主應(yīng)力在上下盤都有緩和。最終可得出方案2更利于采場穩(wěn)定。

2 充填體配比研究

根據(jù)3因素3水平正交組合試驗設(shè)計（A為料漿質(zhì)量濃度、B為灰砂比、C為摻灰量），實驗得泌水率、7d和28d抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果見表2。

表2 試驗結(jié)果

由上表試驗結(jié)果可知，試驗方案所有分組的充填料漿的泌水率范圍均在2.77%～16.63%。其中第1、2和3組的泌水率均大于15.52%。影響泌水率大小的順序為：C＜B＜A，即主要由含水量決定。

3 強(qiáng)度試驗結(jié)果分析

3.1 7d強(qiáng)度試驗結(jié)果分析

由圖1（充填體7d抗壓強(qiáng)度效應(yīng)曲線）可知：抗壓強(qiáng)度值隨著灰砂比的減小和粉煤灰摻量的增加而逐漸降低；抗壓強(qiáng)度值隨著料漿質(zhì)量濃度的增加而逐漸增大。

圖1 7d抗壓強(qiáng)度隨三因素變化曲線

圖2 28d抗壓強(qiáng)度隨三因素變化曲線

3.2 28d強(qiáng)度試驗結(jié)果分析

如圖2所示為充填材料在28d實驗條件下，材料所具備的抗壓程度和三點因素之間的變化規(guī)律曲線圖，28d抗壓強(qiáng)度的最佳組合為A3B1C1，影響大小順序為A＞C＞B。

3.3 試驗結(jié)果討論

通過試驗可優(yōu)選出最佳配比方案為A3B1C1的全尾砂充填材料，即摻灰量為10%，灰砂比為1：4，料漿質(zhì)量濃度為74%。

充填體在該配比下的泌水率小，且充填體強(qiáng)度符合實際需求，同時充填成本具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

通過上述模擬分析得到中關(guān)鐵礦最佳采礦結(jié)構(gòu)參數(shù)為：礦房間柱8m，跨度25m。通過模型比對，為更好地保持采場的穩(wěn)定性、改善應(yīng)力分布狀態(tài)，可選擇從礦體兩側(cè)向中央回采。由模型分析可知，在實際生產(chǎn)過程中應(yīng)有重視礦房和上盤巖體的隅角，因為此處區(qū)域最不穩(wěn)定，會有應(yīng)力集中現(xiàn)象。