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        充填采礦方法在不同圍巖條件下的研究

        2020-06-28 11:29:33杜玉鋒
        大眾科學(xué)·下旬 2020年7期
        關(guān)鍵詞:開采區(qū)采礦方法洞室

        杜玉鋒

        摘 要:通過(guò)對(duì)充填高度,充填強(qiáng)度和才開路徑進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn):開采前期開采區(qū)頂板位置出現(xiàn)最大沉降,隨開采深度增加,最大沉降向左移動(dòng),主要由于傾斜狀采礦體和開采層中心移動(dòng)導(dǎo)致的。開采完成后,在開采區(qū)頂板左側(cè)出現(xiàn)最大沉降,處于較大危險(xiǎn)區(qū)域,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)坍塌事故,采用一次充填高度為1.5m,一次充填體強(qiáng)度為3.0MP,開采順序?yàn)楦粢徊梢?,為較優(yōu)開采方案。

        1 前言

        隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的快速變化,我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,對(duì)于資源的需求量快速增加,隨著國(guó)家對(duì)資源需求量的不斷上升,一些淺埋的礦產(chǎn)資源已經(jīng)被充分開發(fā),為滿足 資源需求,必須將更深層的礦產(chǎn)資源開發(fā)利用,這將導(dǎo)致開采施工處于更加艱難的處境。 在地下深埋礦產(chǎn)資源開發(fā)的實(shí)際工程中,控制圍巖穩(wěn)定性尤為重要,近些年的實(shí)際工程中,礦山災(zāi)害事故頻頻發(fā)生。

        2 采礦方法研究

        2.1 洞室圍巖壓力計(jì)算

        隧道開采后,頂部圍巖失穩(wěn),形成壓力拱,隧道圍巖上的支護(hù)壓力為巖石的自重。壓力拱高可以通過(guò)二次拋物線來(lái)確定,如下式:

        2.2洞室圍巖壓力數(shù)值模擬計(jì)算

        采用有限差分?jǐn)?shù)值模擬軟件FLAC模擬圍巖應(yīng)力值,將數(shù)值模擬解與應(yīng)力解析解對(duì)比法分析可知:充填壓力分別取3.0MPa、3.5MPa和 4.0MPa進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用平面應(yīng)變模型,四周邊界均超過(guò)開采區(qū)域5倍尺寸。

        通過(guò)上述對(duì)比可知,解析解與模擬解之間的差值較小,垂直應(yīng)力的差值分別為4.53%、6.06%和4.14%,與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的差值分別為2.21%、6.11%和3.94%;水平應(yīng)力差值分別為1.02%、6.47%和5.95%,與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值的差值分別為2.21%、6.11%和2.81%。理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相差不多,理論驗(yàn)證可保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性,確保后續(xù)模擬的可行性。

        2.3六邊形洞室壓力數(shù)值模擬驗(yàn)證

        為驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性,采用有限差分軟件FLAC3D對(duì)圍巖洞室的應(yīng)力值進(jìn)行模擬,充填體抗壓強(qiáng)度設(shè)置為1.5MPa、2.0MPa和2.5MPa。設(shè)置模型四周邊界條件為5倍邊界尺寸,施加0.8MPa頂部荷載,底端固定。

        對(duì)比理論與數(shù)值計(jì)算結(jié)果可知,理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果誤差較小,抗壓強(qiáng)度為1.5MPa時(shí),差值為7.84%,抗壓強(qiáng)度為2.0MPa時(shí),差值為7.79%,抗壓強(qiáng)度為2.5MPa時(shí),差值為7.69%,較好的反應(yīng)了六邊形巷道周圍應(yīng)力分布情況。

        3 垂直交叉法開采礦產(chǎn)對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響

        3.1優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

        為了探究不同影響因素對(duì)模型優(yōu)化的影響,對(duì)一次充填高度、充填體強(qiáng)度,二次充填體強(qiáng)度及圍巖開采順序四個(gè)因素進(jìn)行探討,具體研宄方案見(jiàn)表3。

        3.2充填高度對(duì)采礦穩(wěn)定性影響

        對(duì)充填高度1.0m、1.25m和1.5m進(jìn)行分析,較為符合實(shí)際開采情況。

        3.2.1圍巖變形規(guī)律分析

        開挖到step1時(shí),在開采路徑四周圍巖發(fā)生較大變形,頂部沉降最大為18.11mm,底部出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象,最大底鼓值約5mm。開挖到step10時(shí),開采區(qū)頂板處出現(xiàn)最大沉降。開挖到step30時(shí),底鼓區(qū)域出現(xiàn)向下延伸現(xiàn)象,最終在開采區(qū)頂板左端及上盤位置出現(xiàn)變形最大值沉降為144.15mm,表明該處圍巖在開挖過(guò)程中容易產(chǎn)生塌落現(xiàn)象。

        3.2.2圍巖應(yīng)力場(chǎng)分析

        開挖step1時(shí),開挖路徑周圍壓應(yīng)力為0.25MPa呈環(huán)狀分布,開挖step10時(shí),開挖路徑上部承受壓應(yīng)力約為0.45MPa,下部巖層承受壓應(yīng)力約為0.65MPa,分部于開采區(qū)兩側(cè)。開挖step30時(shí),進(jìn)路應(yīng)力與開采深度成正比關(guān)系,上部被充填體取代的巖體約受0.75MPa壓應(yīng)力,左下部最大應(yīng)力區(qū)域隨開采深度增加向下移動(dòng),且最大受壓區(qū)域面積逐漸增大。

        4 結(jié)論

        (1)通過(guò)以上分析可知:開采前期開采區(qū)頂板位置出現(xiàn)最大沉降,隨開采深度增加,最大沉降向左移動(dòng),主要由于傾斜狀采礦體和開采層中心移動(dòng)導(dǎo)致的。開采完成后,在開采區(qū)頂板左側(cè)出現(xiàn)最大沉降,處于較大危險(xiǎn)區(qū)域,實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中易出現(xiàn)坍塌事故。

        (2)通過(guò)分析在保證安全和經(jīng)濟(jì)條件下,采用一次充填高度為1.5m,一次充填體強(qiáng)度為3.0MP,開采順序?yàn)楦粢徊梢?,為較優(yōu)開采方案。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉海,葛啟發(fā),王志遠(yuǎn),朱維根,張愛(ài)民.高寒礦井復(fù)雜難采礦體采礦方法研究與選擇[J].中國(guó)礦山工程,2020,49(01):1-5.

        [2]賈志成,唐文洋.六邊形進(jìn)路開采方式下空間分布對(duì)圍巖應(yīng)力轉(zhuǎn)移影響關(guān)系[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào),2019,40(05):28-36.

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