礦山礦體回采順序方案的確定馬相松【摘要】采用有限元數(shù)值軟件對4種回采順序進(jìn)行了數(shù)值模擬，確定科學(xué)經(jīng)濟(jì)的回采順序，為礦山安全高效回采礦石資源提供技術(shù)支持.【期刊名稱】《有色金屬設(shè)計》【年(卷)，期】2011(038)003【總頁數(shù)】4頁(P16-19)【關(guān)鍵詞】回采順序;穩(wěn)定性;數(shù)值模擬【作者】馬相松【作者單位】昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南昆明650051【正文語種】中文【中圖分類】TD852為了研究礦體開采后頂板、圍巖的穩(wěn)定性及不同的回采順序?qū)敯?、圍巖的破壞情況，采用數(shù)值模擬的方法，定量計算和分析回采過程中的頂板圍巖應(yīng)力、位移、塑性區(qū)及安全率的分布狀況，從而對采場頂板圍巖的穩(wěn)定性作出判斷;找出礦體開采后地壓活動規(guī)律，確定合理經(jīng)濟(jì)的回采方案，為該礦山安全高效回采礦體資源提供技術(shù)保障。該礦段礦體賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，呈S型，礦體傾角從緩傾斜-傾斜，局部為急傾斜。礦段含礦層為景星組，總體走向北東、側(cè)向北西，產(chǎn)狀上部緩下部陡。礦層厚度上、下部大，中部變薄，厚度一般20m左右，最厚40m,礦體致密較堅固(含水量較重），為塊狀結(jié)構(gòu)。礦層直接頂板花開左組，為軟弱巖層。巖性為粉砂質(zhì)紅泥巖，層理清晰、層間結(jié)合力弱，風(fēng)化后微層理顯著，沿層面常含有白云母、絹云母碎片，厚度變化大40~112m。巖體受構(gòu)造變動強(qiáng)烈，擠壓揉皺歷害，伴隨出現(xiàn)許多小斷層及滑動面，巖層軟硬相間，力學(xué)強(qiáng)度低，巖體為層狀碎裂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差，暴露面積在50-100m2以內(nèi)即發(fā)生冒落。礦層底板云龍組，為堅硬巖層，是含砂質(zhì)角礫巖。裂隙多充填石膏，巖體為層狀結(jié)構(gòu)。該礦山采用的是崩落法開采礦體。在礦體中部沿走向布置一條上部寬40m、下部寬80m梯形保安礦柱見圖1,以此來保護(hù)正上方的地表河流，將礦體劃分為南北兩部分，從礦體復(fù)合平面圖中可以看出，該礦段礦體以保安礦柱以北為主，保安礦柱以南礦體規(guī)模較小。在該次計算過程所采用的礦巖體數(shù)據(jù)均在試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上通過大量的試算和經(jīng)驗折減，計算模擬中所采用的計算參數(shù)見表1。該次計算模擬采用三維有限元方法，針對該礦段礦體的產(chǎn)出特征，對礦體的回采順序進(jìn)行了多種模擬，模擬過程力求能反映開采的實際情況。礦體模型范圍為:模型長x寬x高為2200mx1200mx1100m,即沿礦體走向取1200m（模型中z方向），垂直礦體走向取600m（x方向），沿垂直方向取450m（y方向），共計121428個節(jié)點，28210個20節(jié)點三維等參元單元。計算域邊界采取位移約束，地表為自由邊界；選用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型，單元網(wǎng)格劃分及計算機(jī)礦體模型圖分別見圖2和3所示。沿礦體走向劃分采場，垂直走向布置礦房，該次模擬回采過程按盤區(qū)進(jìn)行劃分，保安礦柱及礦柱以北礦體見圖1所示。通過分析，共需進(jìn)行4種回采順序的模擬：方案1：保安礦柱以北礦體從南向北回采；方案2:保安礦柱以北礦體從北向南回采；方案3:保安礦柱以北礦體由中間向兩翼退采，先向南退采，再向北退采；方案4:保安礦柱以北礦體由中間向兩翼退采，先向北退采，再向南退采。該次模擬采用礦體的實體形態(tài)進(jìn)行模擬，由于礦體的邊界形態(tài)在局部比較復(fù)雜，特別是在礦體與周邊圍巖交界部位變化較大，所以在建立三維模型時局部進(jìn)行了適當(dāng)簡化，主要給出一些關(guān)鍵部位（頂板、保安礦柱）、關(guān)鍵步驟（開采末期）的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果主要從最大主應(yīng)力、安全率和塑性區(qū)等方面進(jìn)行分析，確定合理的開采順序。從所模擬的4種回采方案結(jié)果，最大主應(yīng)力主要出現(xiàn)在礦體開挖后與上盤圍巖、保安礦柱接觸及拐角處，4個方案回采結(jié)束后頂板最大主應(yīng)力除了方案1為9.653MPa外，其余方案均為8.5左右;保安礦柱4個回采方案見圖4所示，最大主應(yīng)力均為13MPa;所以從應(yīng)力分布情況很難判斷出較優(yōu)的回采順序。安全率是由摩爾-庫侖強(qiáng)度準(zhǔn)則所決定的極限應(yīng)力狀態(tài)與實際應(yīng)力狀態(tài)的比值。安全率為1時處于臨界狀態(tài)，且安全率越大，安全性越好。對于地下礦山而言，頂板、間柱、圍巖等是否破壞，除了分析應(yīng)力應(yīng)變、塑性區(qū)分布及位移外，安全率的分布，在某種程度上，可以非常直觀地對開挖所造成的損害程度進(jìn)行說明。從數(shù)據(jù)模擬結(jié)果來看，見圖5~9,4種回采方案回采結(jié)束后頂板的安全率均＜1,且僅有方案2的安全率〉0.9，其余方案的安全率均＜0.86，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于臨界狀態(tài)，所以，對頂板不采取支護(hù)措施的情況下，任何一種回采順序均不能確保頂板紅泥巖的穩(wěn)定。而礦體回采后對保安礦柱的影響相對較小，4個回采方案中安全率最大的是方案2,為1.859，最小的是方案1,為1.49，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界狀態(tài)，說明回采過程中保安礦柱是比較穩(wěn)定的，而頂板處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以從安全率角度分析，方案2是4個方案中相對較優(yōu)的方案。在對模擬結(jié)果分析過程中，塑性區(qū)的分布比應(yīng)力、位移和安全率等更能直觀的反映礦巖體開采后對周圍圍巖穩(wěn)定性的影響，從4個方案回采順序模擬結(jié)果見圖10、11,由于礦體上盤（頂板）是穩(wěn)定性較差的紅泥巖，無論采取哪種回采順序，頂板塑性區(qū)域都比較明顯，破壞比較嚴(yán)重，而開采對保安礦柱的影響相對較小，僅在靠近礦體處出現(xiàn)零星的塑性區(qū)，在不采取措施支護(hù)頂板的情況下，僅靠改變回采較難保證頂板的安全。通過對應(yīng)力、安全率、塑性區(qū)等方面的分析，從4個方案回采順序考慮，方案2保安礦柱以北礦體從北向南回采的回采順序是比較恰當(dāng)?shù)摹２捎萌S有限元對該礦段進(jìn)行了多方案回采順序的模擬，結(jié)果表明，三維有限元模擬比二維有限元更能反映模擬結(jié)果的真實情況，可用模擬結(jié)果指導(dǎo)今后的采礦作業(yè)。礦體上盤為穩(wěn)定性較差的紅泥巖，本身自穩(wěn)能力較差。該次回采順序的模擬是在不支護(hù)的情況下進(jìn)行，分析結(jié)果表明，在對礦體進(jìn)行回采時，從兩端往保安礦柱方向退采是比較合理的?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】曹明，呂廣忠，王志國.金廠峪地下采場回采順序彈塑性數(shù)值模擬分析[J].金屬礦山，2004，12(342):23-28.彭康，李夕兵.三山島金礦中段盤區(qū)間合理回采順序動態(tài)模擬選擇[J].礦冶工程，2010,6(3):8-11.匡忠祥，宋衛(wèi)東.地下金屬礦山災(zāi)害防治技