深部復雜難采礦體崩落法開采地壓數(shù)值模擬分析

王佳寶，劉海濤

（蘭州有色冶金設計研究院有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110000）

1 深部復雜難采礦體開采中存在的問題

1.1 地壓災害問題

由于這一部分的礦體深部結構與地壓復雜，在對其進行開采的過程中采場與該周邊區(qū)域的地壓會隨著開采深度的增加而發(fā)生強烈的變化，并在地壓強烈變化的過程中出現(xiàn)局部性的或者是區(qū)域性的地壓災害，這樣一來不僅會對巖層難以控制，還會為采空區(qū)的后續(xù)處理增加一定的難度，甚至還會對工程的操作人員與地表的建筑物帶來一定的安全隱患。

1.2 開采方法問題

由于這一類的礦體與其他礦體開采相比存在著一定的特殊性，在進行礦體的實際開采中受到的限制因素較多，導致相關的工程企業(yè)對開采的方法與技術進行選擇時，也存在著一定的局限性，無法有效的提高開采效率，提高相關企業(yè)的經(jīng)濟收益。

1.3 造成對地質與周邊自然環(huán)境的破壞

在對礦體進行開采的過程中，由于開采量較大，經(jīng)常會造成該區(qū)域出現(xiàn)采空區(qū)，如果不能采用科學有效的方式對采空區(qū)進行及時的充填該區(qū)域的地表出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，甚至還會對其周邊的山體造成一定的威脅，使相關人員的生命財產(chǎn)安全面臨一定的危險。

2 分析背景

本文主要以某地區(qū)的深部復雜難采的礦體為背景，對其通過崩落法進行開采時的地壓數(shù)值進行模擬分析。該主礦體的巖石層結構有大理巖，在該礦體與灰?guī)r的接觸帶上，巖石的穩(wěn)定性較低，局部出現(xiàn)松散現(xiàn)象。在該礦體的底部主要分布著四種巖石，并且都屬于硬質巖，所以穩(wěn)定性較強，總體來說該區(qū)域的主礦體在工程地質條件的分類中屬于中等類型。

3 深部復雜難采礦體崩落法開采地壓數(shù)值模擬分析

3.1 建立計算數(shù)值模擬的模型

根據(jù)崩落法開采礦體的特點，并結合實際的地質環(huán)境與礦體情況進行基礎建模，并對模擬數(shù)值展開研究，用來充分模擬礦山開采時，礦體的頂部巖層、倒轉位置在開采的整個過程中所受到的影響，見圖。

圖1 數(shù)值模擬模型

3.2 模擬方案實施

（1）設置初始應力場。為了使模型達到初始應力平衡的狀態(tài)，依據(jù)自重應力場為主，對所建立的數(shù)值模型設置初始應力場。

（2）構建開采模型。該區(qū)域對礦體進行實際開采時，選用的開采方式為無底柱分段崩落法，分層高度為12.4m，以及12.4m的進路間距，依據(jù)這一結構參數(shù)，在確定了數(shù)值模擬方案的基礎上構建無底柱分段崩落法開采模型。

（3）對倒轉部位未被覆蓋層覆蓋的最大安全暴露面積進行模擬計算。以確定該區(qū)域廣體開采時，可暴露面積的最大安全值。

（4）對礦巖體與倒轉部位的穩(wěn)定性在不同回采順序中的數(shù)值進行模擬。依據(jù)對深部復雜難采礦體的開采方式與開采順序對單翼推進回采方案的數(shù)值進行模擬。

3.3 地壓數(shù)值的模擬結果分析

通過對模型的構建以及對兩種不同方案數(shù)據(jù)的計算，各方案的最大、最小應力與圍巖位移都清晰可見（初期和后期最大主應力見圖2，圖3）。

圖2 初期回采最大主應力

3.4 數(shù)值模擬分析結論

（1）通過對采用無底柱分段崩落的方法進行礦體的開采時上覆巖層與倒轉部位的地壓分布和穩(wěn)定性的模擬數(shù)值進行分析表明，對深部復雜難采礦體實施沿走向單翼推進進行回采可以對地壓進行有力的控制。

（2）通過對倒轉部位暴露面積的安全數(shù)值進行模擬，再結合塑性區(qū)判據(jù)及收斂性判據(jù)，在倒轉部位進行礦體開采使用礦體崩落法可有效將最大安全面積控制在合理的范圍內。

圖3 后期回采最大主應力

（3）通過對數(shù)值模擬結果進行分析，發(fā)現(xiàn)在采用單翼回采方式進行礦體的開采時，地壓在走向的中央位置逐漸卸壓，在上盤礦巖交界處應力最為集中，施工處的位置到礦體深部后，地壓逐漸增大，而且在局部區(qū)域上盤覆巖層處在塑性屈服狀態(tài)，倒轉部位冒落的幾率增大。

（4）建議在對深部復雜難采礦體進行開采時，采用單翼推進回采的方式，同時在開采的過程中，對深部礦體的工程穩(wěn)定性進行實時監(jiān)測。

根據(jù)上述模擬數(shù)據(jù)的分析，相關采礦企業(yè)在進行礦體開采時，可以更具實際的地形地勢以及礦體深部的結構，合理采用崩落法進行礦體的開采，以確保采礦的質量與效率，以促進企業(yè)的長久穩(wěn)定發(fā)展。