大高庄铁矿采矿方法适用性研究

汪 亮 尹宝昌 胡道喜 陆玉根

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;

3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.山东盛鑫矿业有限公司)

大高庄铁矿采矿方法适用性研究

汪 亮1，2,3尹宝昌4胡道喜4陆玉根1，2,3

(1.中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司；2.金属矿山安全与健康国家重点实验室;

3.华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司；4.山东盛鑫矿业有限公司)

为了对大高庄铁矿2种采矿方法的适用性进行研究，采用FLAC3D数值分析软件，通过模拟采场开挖，确定了上述2种采矿方法的适用条件，指出了采场的破坏部位和形式，为矿山下一步布置采场提供参考。

采矿方法 适用条件 数值模拟 采场布置

大高庄铁矿根据矿山开采现状重新选择了采矿方法，即浅孔留矿嗣后充填法和分段凿岩阶段矿房嗣后充填法。前者需要人员在空场下作业，采场跨度的大小对顶板的稳定性影响最大，如果矿体厚大，空场的跨度便较大，顶板冒落的可能性则越大，工作人员的人身安全则越难以保障；后者需要划分若干分段，采切工程量大，如果矿体厚度较小，采切比则较大，将增加采矿成本，分段法采用中深孔凿岩，如果矿体厚度小，还将会增加贫化率。为此，选用FLAC3D软件对不同跨度的采场进行模拟开挖[1-3]，并分析主要的破坏部位及形式，以确定上述2种采矿方法的适用条件。

1 数值模型建立及力学参数确定

1.1 模型建立

根据浅孔留矿嗣后充填法确定的采场结构参数，结合模拟条件，建立了数值模型，见图1。

图1 数值模拟浅孔留矿法开采模型(单位：m)

图1中，采场宽度为此次模拟所要确定的值，根据矿体的实际厚度区间及经验值，初步拟定采场宽度分别为5，6，7，8 m，分别建立该类采场模型进行模拟开挖，并监测模拟开挖过程中采场顶底板应力应变及位移情况，从而确定最佳的采场宽度。

1.2 力学参数确定

对现场围岩取样进行室内岩石力学试验，对所获得的岩石物理力学参数进行工程处理后得到矿岩体的力学参数，见表1。

表1 矿岩体力学参数

2 模拟计算结果分析

2.1 模拟计算结果

根据数值模型和力学参数分别进行模拟计算，不同采场宽度所对应的主应力云图如图2所示。

2.2 分析讨论

2.2.1 安全跨度分析

当采场宽度分别为5，6，7，8 m时，采场上覆岩层中的应力呈层状分布。采场宽度为5 m时，最大主应力出现于采场下部两侧，并且在采场顶部角隅处6 m左右伴随有应力集中现象，采场顶板最大位移为6.728 mm；采场宽度为6 m时，在顶板角隅处出现应力集中现象，顶板最大位移为6.94 mm；采场宽度为7 m时，最大主应力接近岩体的最大抗压强度，此时采场顶板最大位移为7.024 mm，呈上升趋势，但不明显，两帮区域处于剪切状态；采场宽度为8 m时，最大主应力略大于岩体的最大抗压强度，此时采场顶板最大位移为1.472 cm，已经进入厘米级阶段，此时发生破坏的可能性较大。

图2 不同采场宽度对应的主应力云图

因此，当采用浅孔留矿法开采，采场长度为50 m 时，采场的宽度应控制在8 m以内，推荐采场跨度控制在6 m左右，个别节理裂隙较为发育的地段，采场宽度应严格控制在6 m以下。

2.2.2 破坏模式及部位分析

由模拟计算结果可知，采场开挖明显扰动原岩应力场，开挖后顶板最大位移下沉量为6.728～14.720 mm，在采场宽度增大的情况下，其顶板下沉量也随之增大，这与理论分析结果基本一致。在单空区条件下，采场的破坏形式包括顶板破坏、采场两帮的靠拢和底鼓等。单空区采场可能的破坏模式有顶板冒落、顶板开裂和片帮等。

(1)采场顶板冒落。根据上述单空区条件下的模拟计算结果，并结合大高庄铁矿围岩地质特征可知，单空区条件下采场顶板冒落破坏的模式有顶板的层状冒落、折断垮冒、楔形冒落和沿断层破碎带冒落等。

(2)采场顶板开裂。当采场拉开后，顶板产生的拉应力在顶板有可能产生裂隙，张开裂隙的宽度为10～50 mm，该现象与由重力产生的垂直顶板的斜拉应力分布有关，同时也与软弱面有关，当该裂缝逐渐扩大时应引起重视。

(3)片帮。采场的开挖明显扰动原岩应力场，大高庄铁矿顶底板围岩强度低，节理裂隙较为发育，在采用浅孔留矿法开采后，由于暴露面较大，极易出现片帮。

3 结 语

根据大高庄铁矿的开采现状，选定了采矿方法以及结构参数，并采用FLAC3D软件进行模拟。结果表明：①采用浅孔留矿法开采的矿体厚度应严格控制在8 m以内，特别适合于开采厚度小于6 m的矿体；②采场可能的破坏部位包括采场顶板、两帮，破坏表现形式有层状冒落、顶板开裂、片帮等。经过此次研究，确定了2种采矿方法适用的合理矿体厚度，指出了采场内易出现破坏的部位和形式，对于矿山下一步布置采场具有一定的参考价值。

[1] 孙国权，李 娟，胡杏保.基于FLAC3D程序的采空区稳定性分析[J].金属矿山，2007(2)：29-32

[2] 叶海旺，常 剑，周 磊.基于FLAC3D的采场结构参数优化[J].金属矿山，2010(12)：6-8.

[3] 吴洪词，胡 兴，包 太.采场围岩稳定性的FLAC算法分析[J].矿山压力与顶板管理，2002(4)：96-98.

贵州新增铅锌资源量135.56万t

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2015-01-09)

汪 亮(1982—)，男，工程师，硕士，243000 安徽省马鞍山市经济技术开发区西塘路666号。