基于離散元的充填散體與巖柱相互作用規律數值模擬研究

于慶磊 鄭浩田 勒治華 蒲江涌

(東北大學巖石破裂與失穩研究所,遼寧 沈陽 110819)

充填采礦方法是建設綠色礦山的重要手段,其應用于深部開采有控制采場地壓、防止地表變形、保障回采作業安全等作用[1-3]。從力學角度看,充填采礦本質是用充填體置換礦體,但由于充填體剛度遠小于礦巖體剛度,充填后礦區圍巖并未處于真正平衡態。由于剛度差異大,隨著時間推移和多種因素的影響,充填體與圍巖礦柱之間產生相互作用,并在相互作用過程中最終趨于力學平衡,達到穩定狀態。研究巖柱與充填體之間的相互作用,揭示其影響因素,對評價圍巖穩定狀態,預測上覆巖層沉降具有重要意義。

由于巖柱軸向受壓發生擴容,充填體受到巖柱的擠壓,會給巖柱被動的支撐力,阻止其進一步變形。國外學者通過現場試驗和數值模擬等手段,發現充填體與圍巖礦柱相互作用使礦柱強度提高[4-8]。Falaknaz等[9]和Li等[10]發現充填體與圍巖相互作用影響著充填體內部的應力分布。Brady等[11]認為充填體對圍巖發揮支護作用的3種形式包括對卸載巖塊的滑移趨勢提供側向壓力、支撐破碎巖體和原生碎裂巖體、抵抗采場圍巖的閉合;于學馥等[12]通過對充填作用機理的研究得出,充填體作用主要有3種,分別為:應力吸收與轉移、接觸支撐和應力隔離;閆保旭等[13]從充填體充入采場后受采場條件的影響其自身發生的硬化機理和如何維持圍巖穩定性兩方面入手,重點論述……