緒論研究背景目前磯山磷礦采礦工藝主要有開拓、通風(fēng)、排水、壓氣、運(yùn)輸提升、巷道通風(fēng)、排水、壓氣、運(yùn)輸提升、巷道支護(hù)、掘進(jìn)爆破等工藝，目前磯山磷礦采礦工藝中也同樣應(yīng)用了這些方式與工藝，并取得了良好的效果，技術(shù)已經(jīng)比較完善，在對西部地區(qū)進(jìn)行采礦時，可以對西部地區(qū)的礦體和礦體進(jìn)行再采，而西部礦區(qū)的采礦方法和階段采礦次序也可以通過調(diào)整和調(diào)整，從而為西部地區(qū)合理的采礦方法和采礦序列提供合理的采掘次序，減少采場頂壓和地面下陷，從而達(dá)到安全可靠目標(biāo)的同時，保證項(xiàng)目推進(jìn)過程中的經(jīng)濟(jì)效以及資源有效利用率。目前，對于地表不允許塌落或上盤巖層不能有大變形的“三下”礦體開采情況，如海底或水體下米礦、建筑物下米礦、交通干線下米礦、風(fēng)景區(qū)米礦等，國內(nèi)外絕大部分采用充填采礦法。通過對西部二、三號礦區(qū)的采掘工藝及分期采序進(jìn)行了優(yōu)選，其結(jié)果對今后礦井的進(jìn)一步開發(fā)具有一定的指導(dǎo)作用，對于礦井的可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)作用。研究意義礬山磷礦西區(qū)靠近中國黃帝城文化旅游聚集區(qū)，周邊村莊居住人口較多，周邊環(huán)境條件要求西區(qū)的地壓管理維護(hù)要求較高，地表不允許塌落。所以西區(qū)礦體不可以采用無底柱崩落采礦法。而且西區(qū)礦體的含水層不能疏干，因?yàn)槲鲄^(qū)第四系覆土很厚，節(jié)理裂隙發(fā)育。如果沒有經(jīng)過認(rèn)真勘探調(diào)查，人工疏干該區(qū)域的含水層，不僅將嚴(yán)重影響居民的灌溉和引用水源，而且會引起該區(qū)域巖層層理或節(jié)理縫隙的壓密擠緊，導(dǎo)致使該區(qū)域土石層在重力作用下往下沉，形成塌陷漏斗，造成地表下沉。其次，如果不進(jìn)行安全、合理地開發(fā)，會破壞上更新統(tǒng)下部的雜色亞粘土層、中更新統(tǒng)上部紅色粘土層兩隔水層，使得東靈山河等地表水及承壓含水層內(nèi)的水滲入井下，勢必會嚴(yán)重影響礦山的安全和作業(yè)條件。因此對于對于西區(qū)的采礦方法和階段回采順序需要進(jìn)行重新選擇和優(yōu)化。國內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國，礦山開采方法有很多，針對不同的礦產(chǎn)種類、礦床地質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇相適應(yīng)的采礦方法。在選擇開采方法過程中，判斷選擇合理的采礦方法非常重要，也有很多較為普遍應(yīng)用的選擇方法，包括經(jīng)驗(yàn)類比法、半經(jīng)驗(yàn)半理論、不確定性推斷法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別等多種方式，下面本人將對選擇方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述，比較各方法的特征及優(yōu)劣，探討最優(yōu)方式。（1）經(jīng)驗(yàn)類比法。該方法是基于對相同類型或者條件相似的礦床地質(zhì)特征、地理?xiàng)l件、巖石力學(xué)信息的礦山數(shù)據(jù)上進(jìn)行模擬分析的。它將情況近似的礦產(chǎn)企業(yè)開發(fā)案例作為類比對象，提取相近的數(shù)據(jù)，運(yùn)用綜合性分析方式對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)投入比、技術(shù)投入力度、安全系數(shù)等多方面的整體分析，抉擇出最優(yōu)的開發(fā)方式。相比而言，其缺點(diǎn)是主觀性突出，數(shù)值取值相對保守，但優(yōu)點(diǎn)是更易直觀的比較開采方式的優(yōu)劣，降低風(fēng)險，所以普遍性較高。（2）半經(jīng)驗(yàn)半理論。該方法與經(jīng)驗(yàn)類比法類似，基于對相同類型或者條件相似的礦床地質(zhì)特征、地理?xiàng)l件、巖石力學(xué)信息所分析得出，對開采過程中出現(xiàn)的一些現(xiàn)象進(jìn)行定性解析，對巖體的特征進(jìn)行總結(jié)。雖然能夠定性巖土的部分?jǐn)?shù)據(jù)，但所得數(shù)據(jù)較為片面，不能整體的表現(xiàn)出相關(guān)區(qū)域內(nèi)巖土的全部力學(xué)特點(diǎn)，且無法與具體的巖土工程項(xiàng)目相結(jié)合。因而，該方法一般作為經(jīng)驗(yàn)類比法的輔助手段加以實(shí)施，需要技術(shù)人員結(jié)合工程力學(xué)、流體力學(xué)、巖土勘探等方式進(jìn)行檢測，同時加大工程投入費(fèi)用，從而保證施工的效率和安全。（3）不確定性推斷法。隨著時間的推移，巖石力學(xué)的研究方向也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，目前正從確定性向不確定性方向發(fā)展，在這個過程中，對地下礦體巖石穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素的研究也日益深入。一般而言，主要研究因素有地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地面組合方式、地層性狀、應(yīng)力狀態(tài)和地下水的存儲情況等。但這些因素均有著較高的不穩(wěn)定性，同時參考各因素的離散性對巖土工程安全系數(shù)的影響也考慮較少。所以這種巖土工程概率分析計(jì)算方式還處在高速發(fā)展時期，尚未完全成熟，并且計(jì)算方式相對復(fù)雜。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化識別法。隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)建模技術(shù)的成熟，目前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型己經(jīng)搭建了許多模板，其中采礦方式優(yōu)化中最為成熟，應(yīng)用范圍最廣的就是多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，能夠無限接近隨意一種非線性映射，反向傳播學(xué)習(xí)算法可以模擬前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式，最后獲取連接網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。（5）數(shù)值分析法。在礦山開采、水利工程及地下探索工程中，總會涉及到計(jì)算巖石力學(xué)的實(shí)際需要，也就是需定位開挖過程中及開采前的應(yīng)力分布情況和位移變改變，從而為工程設(shè)計(jì)和施工方式供給準(zhǔn)確可靠的定量數(shù)據(jù)依據(jù)。但是，鑒于目前的技術(shù)限制，現(xiàn)在的數(shù)值分析方式僅僅只能針對簡單形狀（圓形或橢圓形酮室），是數(shù)值分析起效，而如果需要極端幾何形狀復(fù)雜的酮室，就無法獲得精確的數(shù)據(jù)結(jié)論，只能得到近似解。隨著現(xiàn)代大型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值分析方法將會成為了巖石力學(xué)研究和工程計(jì)算的重要手段之一。國外研究現(xiàn)狀在國內(nèi)外，學(xué)者們對采礦方法優(yōu)化的研究成果較多。首先是優(yōu)化和提升采場結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)研究，這方面研究是基于礦山地質(zhì)力學(xué)條件獲得具體參數(shù)而分析的，一般先是用計(jì)算機(jī)模擬方法以及驗(yàn)法選取合適的采礦方法，之后根據(jù)礦山采礦試驗(yàn)檢測結(jié)果的可行性，然后將所得分析數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，同時建立一個完整的數(shù)據(jù)庫，可以在之后尋找新的采礦方法的參數(shù)作為參考使用。美國在長壁工作面開采中采用諾模圖（“圖算”或者“計(jì)算圖”），是用作圖的方法去求函數(shù)的值）來進(jìn)行確定采礦方法的優(yōu)化。該方法是利用帶坐標(biāo)的幾何圖形按一定規(guī)律將函數(shù)中各參數(shù)之間的相互關(guān)系繪制而成，形象直觀，實(shí)用性非常強(qiáng)。一些國家利用計(jì)算機(jī)建立模型，模擬單個或多個采場進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇采礦方法，并完成生產(chǎn)計(jì)劃、包括采礦工作量、生產(chǎn)成本和預(yù)計(jì)的年收入經(jīng)濟(jì)分析。礦山地質(zhì)概況及開采現(xiàn)狀礦區(qū)概述磯山磷礦是華北最大的磷礦，也是國家目前重點(diǎn)開發(fā)的項(xiàng)目之一。從礦山到沙成地鐵站和官廳地鐵站都比較方便。礦場與涿鹿縣城、官廳、沙都有高速公路相連，方便了礦石和生產(chǎn)工具的運(yùn)輸。礦場位于懷來盆地和軍都山脈的交匯點(diǎn)，從東南走向西北，整個礦場呈現(xiàn)出一個巨大的“葫蘆”形狀。該區(qū)境內(nèi)有兩條季節(jié)性的河流，分別為東陵山和西陵山。而東陵山河，則是常年缺水，大部分地區(qū)都是貧瘠之地，而如今，這里的土地都被村民們開發(fā)成為了農(nóng)莊，每當(dāng)雨季到來，就會從山上傾瀉而下。礦區(qū)位于二層，海拔720米，周圍都是丘陵和高臺，是非常典型的半盆狀山前階地。從整體的地勢起伏情況來看，中部位置較低，而西南方向的位置高度呈明顯的上升趨勢。區(qū)域內(nèi)有大量的勞動力，以農(nóng)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)。改革開放以來，伴隨著“磯山”等礦業(yè)公司的興起，礦業(yè)發(fā)展迅速，采礦業(yè)、選礦業(yè)、交通業(yè)也逐漸成為了當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的主要經(jīng)濟(jì)來源。礦床開釆的技術(shù)條件礦區(qū)的區(qū)域地質(zhì)特征（1）地層：該地區(qū)的出露層為中、上元古代震旦世的霧蒙山和第四紀(jì)的沉積巖。在基山磷礦的東、南為霧蒙山群環(huán)繞著該地區(qū)的圓弧山地，而在該地區(qū)的北緣則是位于該地區(qū)的北緣，在該地區(qū)的磷鐵礦上，覆土層的厚度大約為120~282m。（2）構(gòu)造：礦體由東西向斷裂（Fi,F2）和NNE向（F5,F4）兩個斷裂圈所環(huán)繞，其中Fi、F4、F5構(gòu)成了北，東，西三個分界線，斷層屬性為壓扭性、阻水?dāng)鄬樱瑥亩c鄰近地區(qū)分隔。由于NNE向F5和F4斷裂斷裂斷裂的導(dǎo)水能力很強(qiáng)，為其向南方輸送水源，是一個很好的渠道。該區(qū)有NNE、NW、NE等30條大大小小的斷層。向斜北面主要為第四紀(jì)地層所覆蓋，只有果林地區(qū)有霧蒙山組的露頭，其方向?yàn)镹E170度，從北向南50~60度。東面，朝向NNE和近NNW，傾斜角度為10~30。該地區(qū)的基巖風(fēng)蝕、裂縫分布較廣，屬于5~30米厚的強(qiáng)烈風(fēng)化區(qū)，巖體疏松，裂縫數(shù)量與形態(tài)都相對較多。（3）巖漿巖：該區(qū)以巖漿為主。海西晚期輝石巖-正長巖、正長巖、花崗閃長巖、閃長巖等多種類型的巖系。礦床地質(zhì)特征（1）該礦體為晚期巖漿堆積形成的，屬于超基性、偏堿性的磁性磷灰石礦。（2）單從開發(fā)價值來看，在眾多礦床當(dāng)中，磷鐵礦體的開發(fā)價值最大，一旦得到有效開發(fā)與利用，那么將創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益與價值。在該礦區(qū)中，南半盤輝石巖帶的中上部分的磷鐵礦體十分豐富。磁鐵磷灰石巖、磷灰石巖和細(xì)粒輝等石巖構(gòu)成了輝石巖帶，而磷灰石巖與磁鐵磷灰石巖又是以礦層的形式出現(xiàn)。礦區(qū)的水文地質(zhì)條件（1）構(gòu)造破碎帶及其富水性：本區(qū)只有一條斷裂斷裂，主要集中于0~5號線段。在勘探期，在礦區(qū)的布設(shè)區(qū)域，發(fā)現(xiàn)了20余個井眼，并發(fā)生了滲流滲漏。由于對該地區(qū)的工程控制力和科研水平還沒有得到充分的認(rèn)識。（2）礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流與排泄等具體如下所示：地下水有多種排放途徑，包括泉、潛水蒸發(fā)、地表水體排放、人為排放。通常，由于地質(zhì)斷裂構(gòu)造和古地形的影響，地污水在斷裂地帶以泉涌的方式排放。該礦區(qū)西部的地下水以自然狀態(tài)為主，以紅泉溫泉為水源；在人為開發(fā)的情況下，該礦區(qū)西部以人為排水為主，以泉排水為主。該區(qū)沙礫石含水層的地下水補(bǔ)給方式有天然降水入滲、河流滲漏、農(nóng)業(yè)灌溉灌溉，以及南段白云巖段裂縫水的橫向補(bǔ)充。Q4沙礫巖蓄水層在得到了局部補(bǔ)充之后，由南向北流入磯山北部，再轉(zhuǎn)向東，最后流入官廳蓄水池。礦區(qū)的工程地質(zhì)條件本礦區(qū)第4紀(jì)地層為120~282m，其主要特點(diǎn)是對開采活動的抗干擾較差，對地面沉降的影響較大。中更新世的上層為50~60米的高粘性泥質(zhì)，下部為28~30m的泥質(zhì)承壓蓄水層，其厚度為28~30m，是最具危險性的地下含水層。礦石的頂板為輝石，厚度80米，抗壓能力60MPa；礦石的直接底面是厚度0-20米、抗壓強(qiáng)度1MPa的黑云母巖，礦石的間接底面是一種正黑云母輝石巖，厚度94米，抗壓強(qiáng)度82MPa。在三號礦的頂部和二號礦的底部，發(fā)現(xiàn)了一種3~10米厚的夾巖。該礦體巖性屬云斑輝石正長巖，硬度高，78.9MPao礦體在平節(jié)處的壓縮強(qiáng)度是25~40兆帕，豎向節(jié)理是26~60兆帕；在圍巖平行節(jié)理時，壓縮力約60MPa，豎向節(jié)理時的壓縮強(qiáng)度約為100MPa，西部礦體圍巖中有大量的黑云母粒，主要表現(xiàn)為塑性形變，強(qiáng)度以及滲透性能都比較大。礦山開采現(xiàn)狀采礦工程根據(jù)基山磷礦床的礦體分布、礦床的水文、采礦工藝等特點(diǎn)，對礦區(qū)進(jìn)行了分區(qū)，確定了0-0號為界線，從0-40號線向西到40向礦床西側(cè)的高承壓水位分區(qū)為西區(qū)。在礦區(qū)東側(cè)至35號礦體東側(cè)的開發(fā)容量略好的低洼地區(qū)劃分為東段，也就是所謂的原礦區(qū)范圍。目前磯山磷礦東區(qū)采用的是無底柱斷塊崩落開采方法。鑿巖設(shè)備為90型潛孔機(jī)，在深部打出一個扇形的深洞，采用回程爆炸法，并在同一時間內(nèi)連續(xù)3個開孔?，F(xiàn)已建成12個礦井，分布在450米，438米，426米，414米。從上世紀(jì)末來時，磷礦西區(qū)就開始在515m中段，進(jìn)行了下井后回注采煤工藝的實(shí)驗(yàn)。在2009年西部建成后，對425~470中段進(jìn)行了橫向分層進(jìn)料和點(diǎn)上橫向分層充填工藝的實(shí)驗(yàn)研究。西區(qū)開拓通風(fēng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，原本采用的是中央主、副井開拓，采用中央對角式通風(fēng)系統(tǒng)。副井系為進(jìn)風(fēng)井段，兩側(cè)為回風(fēng)井段。西區(qū)因其水文、地質(zhì)情況較差，西部地區(qū)的基礎(chǔ)建設(shè)工作沒有進(jìn)行，在515米至470米的西側(cè)礦體內(nèi)輸送隧洞僅開挖了很少的一部分，無法與西風(fēng)井取得聯(lián)系。實(shí)際的排煙方式是由副井口和東回風(fēng)井組成的斜向通風(fēng)體系。西區(qū)主井：主井為在礦區(qū)的中部，開采后崩塌區(qū)域100米的地方，以井眼為中心，以K4439088和40374407為區(qū)塊。該井的井口標(biāo)高為+762.3米，井底標(biāo)高+310米，井眼深度452.3米，井眼的凈徑為4.5米。在+399米和+355米的標(biāo)高上，與破碎體系中的大型通道和帶通道連通。主井架為9n底卸式簸箕，主井位至+425米，下端粗破高達(dá)+399米，帶槽位于+355米處。主要礦井承擔(dān)起礦山和廢棄物料的搬運(yùn)工作。地面設(shè)有礦場及廢棄料場，利用直接卸貨方式進(jìn)行卸料。西區(qū)西風(fēng)井：傾斜度為30。該井在距礦區(qū)西側(cè)30米的位置，井口標(biāo)高達(dá)+822米，井底標(biāo)高達(dá)+521米，與+515米的井眼連接。在1993至1994年期間，這口井的長度為470米（傾斜長度），由于井眼已經(jīng)通過Q2蓄水層，由于涌水量大而停止開采。西區(qū)井下運(yùn)輸系統(tǒng)：目前，東區(qū)的中段礦石和廢石全部以軌道交通為主，ZK10-6/250型電力機(jī)車一次拉10臺下側(cè)卸料運(yùn)輸機(jī)。在所有的運(yùn)輸中間，都設(shè)有礦和廢石卸料場。中部采用24公斤/米的輕軌，軌距600毫米，枕木枕頭。每臺PE900X1200型顎式破碎機(jī)在礦井下和溜井口下分別裝有一套PE900X1200型顎板破碎機(jī)，該設(shè)備為110kw/小時，通過振動放礦機(jī)進(jìn)礦，出礦粒度不足600mm。西區(qū)礦石和巖石流程先從采場開始，隨后分別是采場溜井一中段運(yùn)輸一主溜井一箕斗提升至地表，最后將膠帶運(yùn)輸至選廠，也就是廢石場。工業(yè)廣場布置礦井電力來源于新懷來變電所1、2線，離礦井15公里，通過礦井設(shè)置110/35/6kV主變，2個SFSL7-10000kVA主變（1次運(yùn)行，1次待機(jī)）,17個出線柜，通過選廠及井下配電室分送至井下、選廠及二次生產(chǎn)車間。采區(qū)變電站采用425m中部中心配電房進(jìn)行電力供應(yīng)?，F(xiàn)階段，該礦區(qū)內(nèi)兩座有400m3高位回水池，同時還分別有一座面積均為2500m3的生產(chǎn)用高位水池和生活用高位水池。同時還包括三個100立方米/分鐘（550kW）的空氣壓縮機(jī)，以適應(yīng)礦井的生產(chǎn)需求。圖1礦區(qū)分布俯視影像圖圖2西區(qū)充填站基于技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較的采礦方法評價采礦方法選擇的原則及影響采礦方法選擇的主要因素采礦方法選擇的原則（1）可對地面坍塌進(jìn)行有效的治理，不會在上部形成一條裂縫，避免Q2壓力水向礦井內(nèi)滲透，有利于礦井生產(chǎn)的需要，有利于周邊村莊的居民和地下水的生態(tài)。（2）實(shí)施了東區(qū)塌落開采和填充開采兩種開采方式，以確保其在生產(chǎn)中的安全性和經(jīng)濟(jì)性。（3）對礦井的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效益都是有益的，采用這種開采方式，可以保證西礦區(qū)的產(chǎn)量達(dá)到600,000噸/年，而有效降低了礦石的貧化率，保證了公司的高產(chǎn)出。選擇科學(xué)、合理的開采方式，將有助于煤礦生產(chǎn)效率最大化，減少不必要的成本消耗。（4）最大限度地發(fā)揮礦井已建項(xiàng)目的作用，降低開發(fā)計(jì)劃的工作量，縮短開工準(zhǔn)備期。影響采礦方法選擇的主要因素（1）從礦區(qū)的空間分布及方向來分析，西部礦區(qū)的三個礦區(qū)與二個礦區(qū)是彼此并行的，礦體間的夾巖較硬，屬于大傾角、厚的礦體類型。（2）本區(qū)的礦石等級不高，價值也比較低。（3）由于該區(qū)的主要含水層Q2型壓力含水層都分布在礦體的上層，為了保障生產(chǎn)和環(huán)保，在采礦的時候，基山磷礦西側(cè)的頂板和地面都不能發(fā)生較大的變化，而一旦在開發(fā)中出現(xiàn)了一個不正確的控制措施，導(dǎo)致地面或地下的防滲措施被損壞，形成了一個巨大的裂縫。如果真的出現(xiàn)了這樣的情況，不僅會危及礦工的安全，還會引起地下水不平衡的現(xiàn)象。（4）在II和III號礦區(qū)底部和頂部交替出現(xiàn)了不同的堅(jiān)硬巖體，這些巖體的機(jī)械性能變化很大，其中頂板、間接底板和夾石比較堅(jiān)硬，而直接底板和礦石則比較松散。采動后，因其頂板硬度與礦體硬度差異大，在開采后，沿著礦體及直接底板的軟弱巖層，其崩塌高度相對較大。采礦方法初選（1）嗣后充填采礦法：西部礦區(qū)的礦床厚大，傾斜角度小，礦巖穩(wěn)定性比較差，采用VCR（豎直深孔球狀藥袋后撤法），以及VCR（豎直深孔球狀藥袋后撤法），這種開采方式有很大的危險性，且礦床的轉(zhuǎn)化率很低，可行性相對較差。（2）上向分層回采充填采礦法：由于開采過程中存在大量的空間裸露，穩(wěn)定性差，安全性差，因此不能采用這種開采方法。（3）上、橫向分層點(diǎn)柱和上向橫向分層的兩種開采技術(shù)都比較先進(jìn)，利用相應(yīng)的開采技術(shù)可以確保礦山的安全，可以選擇這種開采方法。（4）下向進(jìn)路式膠結(jié)充填采礦法：在礦山周圍巖石破碎復(fù)雜的情況下，利用這種技術(shù)可以保證采礦作業(yè)的安全性，提高采礦的采出率。然而，這種充填技術(shù)和采掘方式會導(dǎo)致礦山建設(shè)的復(fù)雜性，導(dǎo)致了礦山的產(chǎn)出效益低下，從而導(dǎo)致了礦山的開發(fā)費(fèi)用。從張家口涿鹿基山磷礦山實(shí)際運(yùn)行狀況來看，這一方式也不具備可行性?；诓蓤鲰敯遄冃魏蛻?yīng)力分布比較的采礦方法評價軟件支持FLAC3D是一種在世界范圍內(nèi)使用的專業(yè)的巖石力學(xué)分析系統(tǒng)，它有著強(qiáng)大的計(jì)算量和寬廣的仿真范圍，它在復(fù)雜的大變形問題中有著特殊的優(yōu)越性。FLAC3D包含十余種本構(gòu)模型，采用FLAC3D中的摩爾-庫倫本構(gòu)模式，對不同開挖階段的巖體進(jìn)行了應(yīng)力特性和巖體的變形仿真。數(shù)值模擬數(shù)值模擬是一項(xiàng)藝術(shù)，它的“藝術(shù)性”與影響程度主要由專業(yè)知識、專業(yè)知識、專業(yè)知識等諸多方面決定。由于合理的簡化、參數(shù)的選取以及構(gòu)造的相互影響，因此，在進(jìn)行數(shù)值仿真之前，必須進(jìn)行大量的試驗(yàn)和分析。因此，在合理的數(shù)值仿真分析之前，作者進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并聽取了有關(guān)的資料。在對基山磷礦西段進(jìn)行的采煤過程中，由于礦山地質(zhì)條件的復(fù)雜、不確定等原因，其應(yīng)力位移分布狀況也會發(fā)生相應(yīng)的改變。在數(shù)值仿真中，為解決工程問題，必須對巖石的媒質(zhì)特性和計(jì)算模式進(jìn)行假設(shè)，以使仿真的結(jié)果與真實(shí)的情況更為吻合。基本假設(shè)（1）巖體具有多種性質(zhì)，如塑性、彈性、粘性等，按其在受壓過程中所表現(xiàn)出的變形特性，可以將其劃分為：線彈體、彈塑性體、粘彈體等多種形態(tài)。巖石的力學(xué)特性與巖石本身的物理特性有關(guān)，但也有一些巖石的結(jié)構(gòu)面、結(jié)構(gòu)等，使得巖石本身的特性和結(jié)構(gòu)的不均勻性，使得巖石結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。通過大量的實(shí)際工作，發(fā)現(xiàn)其在空間上具有某種規(guī)律和隨機(jī)特性。在張家口市涿鹿縣磯山磷礦，由于其巖層面積較大，因而從整體上將其視為均勻等向性的介質(zhì)。（2）在進(jìn)行數(shù)值仿真時，應(yīng)著重考慮影響開采穩(wěn)定的大或大的構(gòu)造表面，并在其構(gòu)造特征或其機(jī)械性能時，合理考慮節(jié)理、裂隙等與構(gòu)造表面有關(guān)的條件。（3）關(guān)于采礦-充注周期問題，假設(shè)上一次分層的充填結(jié)束后，下一層的機(jī)械性能指標(biāo)滿足了要求。（4）礦井開發(fā)與開采準(zhǔn)斷裂對原有采場巖的受力狀況有一定的影響，但這種作用屬于局部性，在仿真時可以被忽視。原巖應(yīng)力及礦巖物理力學(xué)參數(shù)確定原巖應(yīng)力確定在采礦之前，沒有任何外力能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生作用，使其保持在天然的應(yīng)力場中。通常來說，在巖體中，上覆巖石是其受壓狀況的重要因素。在進(jìn)行開采以前，在應(yīng)力均衡時，每個面的剪切應(yīng)力都為0，假定橫向應(yīng)力為6y，豎向應(yīng)力R。物理力學(xué)參數(shù)確定長沙礦山研究院在磯山磷礦西區(qū)開發(fā)的過程中，參與到了其中的技術(shù)研究環(huán)節(jié)當(dāng)中，并與磯山磷礦簽署技術(shù)合作協(xié)議，為其開展技術(shù)研發(fā)工作。長沙礦業(yè)研究所是全國重要的科技機(jī)構(gòu)，擁有強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力，在礦山充填實(shí)驗(yàn)，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，邊坡尾礦場實(shí)驗(yàn)中，均享有較高的權(quán)威地位。長沙礦業(yè)研究所通過對西部礦區(qū)的采煤工藝的研究，找出最優(yōu)的采煤方案，確保采礦效率與質(zhì)量的最大化。下表us哦是的就是礦巖的相關(guān)物理參數(shù)數(shù)據(jù)。表1礦巖的物理力學(xué)參數(shù)巖石名稱位置塊體密度/（g/cm3）彈性模量/GPa泊松比黑云母輝石巖III號礦體底板3.13（3.04-3.20）7.06（5.90?10.35）0.29（0.27?0.31）磷灰石巖III號礦體3.22（3.18?3.30）7.81（5.48?9.99）0.27（0.25?0.29）云斑狀輝石正長巖II-III之間夾石2.71（2.61?2.78）23.27（20.31?24.71）0.25（0.23?0.26）磷灰石巖II號礦體3.16（3.14-3.19）18.05（8.16?22.35）0.26（0.25?0.28）輝石巖II號礦3.4322.200.23體頂板（3.34?3.48）（15.69?28.64）（0.22?0.25）不同采礦方法采場應(yīng)力特征及頂板變形模擬模型尺寸及邊界條件確定通過對該礦區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查之后，在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了初步的分析，確定了其礦體的形狀，并對其進(jìn)行了局部的簡單處理。II礦體豎直厚20米，橫向厚30米（通過工程揭示，豎向礦厚22.5米，橫向厚42米）,3號礦的橫向厚度大約10米，縱向厚6米，礦體傾斜角度38度。在II和III之間有10米的夾巖，38的下側(cè)傾斜，15米的橫向厚度。磯山磷礦西采區(qū)初期采礦方案為425米中段，在425米的中段，470米以下的礦體暫時作為防滲、防護(hù)用的煤層，并在425~470米的中部區(qū)域內(nèi)，形成了60米×140mX105m，三者分別代表的是寬度、縱向長度以及高度。采用計(jì)算機(jī)仿真時，為了確保最終分析的可信性和精度，需要對其進(jìn)行有限元分析。根據(jù)磯山磷礦西段的地質(zhì)環(huán)境及周邊結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況，在西部礦區(qū)的三維模式中設(shè)定了巖體的應(yīng)力值，在側(cè)部設(shè)定了應(yīng)力限制，在頂面設(shè)定了自由邊界，在底面設(shè)定了RZ方向的位移量限制。在建立了該模式后，針對點(diǎn)柱上向橫向分層充填開采方法和向上進(jìn)路開采方法，對兩種開采方法進(jìn)行了仿真研究，并對開采過程中的采場體的應(yīng)力和頂板的變形進(jìn)行了數(shù)值仿真。數(shù)值模擬結(jié)果分析分析了點(diǎn)柱受力狀態(tài)。點(diǎn)柱是最具應(yīng)力集中的構(gòu)造，其強(qiáng)度是對應(yīng)原巖的1.5~3倍，顯示了其對采場的支護(hù)能力；點(diǎn)柱最大主應(yīng)力的分配與采場的充盈有關(guān)，充填體中點(diǎn)柱最大主應(yīng)力值小于非填充點(diǎn)柱20%~30%，這充分表明了充填體的出現(xiàn)，提高了點(diǎn)柱的力學(xué)狀況；點(diǎn)柱中的壓力從底向上逐步增加，這是由于深部填充提前，適時地抑制了上盤圍巖彈的釋放，提高了點(diǎn)柱的受力；從圖表中呈現(xiàn)的信息可以看出，點(diǎn)柱是一個顯著的剪應(yīng)力集中區(qū)，有些點(diǎn)柱出現(xiàn)了剪力變化，表明該點(diǎn)柱具有剪力和扭轉(zhuǎn)的傾向。采用數(shù)值模擬的最大沉降位移資料，可以得到三種開采方式下工作面的變形。下表所示的就是具體的地表變形情況預(yù)計(jì)以及相關(guān)具體數(shù)據(jù)。表2三種回采方式下的地表變形預(yù)計(jì)回采方式地表變形值破壞等級水平變形￡/（mm/m）曲率K/（10'3/m）傾斜i/（mm/m）進(jìn)路充填法2.610.3854.59II點(diǎn)柱充填法1.580.1801.51I點(diǎn)柱充填錨桿加固點(diǎn)柱0.980.1391.29I磯山磷礦西采區(qū)上部村莊房屋屬于III級保護(hù)建筑，允許破壞等級為II級；部分建筑物允許破壞等級為I級。三種回米模式下，米用上向入路充填米礦法回米礦對地面建筑造成的損害等級為II，而點(diǎn)柱頂-橫向分層充填開采法對地面建筑造成的損害等級為I，滿足了地面上所有建筑的防護(hù)需求；如果采用點(diǎn)柱開采法和錨桿法對重要位置的點(diǎn)柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，則地面的變形可以得到較好的控制，但使用這種回米的費(fèi)用卻會增加?；谀：C合評判的采礦方法評價模糊綜合評判的基本原理在上世紀(jì)60年代，美國著名的計(jì)算機(jī)自動化專家扎德博士在《模糊集》中出版了一篇具有重大意義的論文。在客觀世界中，有很多事情是可以理解的，因此，有一些界限模糊，外延模糊，難以量化。利用模糊數(shù)學(xué)這一概念手段，可以很好地解釋定義在不同的層次上的定義，并將其應(yīng)用到各個方面，從而實(shí)現(xiàn)了從準(zhǔn)確的現(xiàn)象到模糊性的認(rèn)知。從模糊層面來說，因?yàn)槿藗兊闹饔^認(rèn)知還沒有達(dá)到對現(xiàn)實(shí)的了解而導(dǎo)致的對自身狀況的不確定，這與哲學(xué)認(rèn)識論的深層內(nèi)涵相吻合。相對于其它的評估方法，模糊綜合評判程序簡便，易于運(yùn)用，能夠得到接近于真實(shí)狀況的定量結(jié)果，而且是一個矢量。該方法能與AHP方法有機(jī)地融合在一起，能有效地提高最后的評估效果，在系統(tǒng)評估、業(yè)績評估等方面具有一定的實(shí)用價值。以下所述的就是模糊綜合評價的具體流程：（1）將評估對象的特性歸納為幾個指數(shù)，并構(gòu)建一個由各個因子構(gòu)成的評估指數(shù)（因子）集合；（2）確定一組評語，并清楚地界定評估對象的等級等級；（3）確定各評估指數(shù)（因子）的權(quán)值；（4）通過建立Fuzzy矩陣月的單因子FuzzyFuzzy評估；（5）在建立了Fuzzy關(guān)系矩陣法和加權(quán)矢量之后，將其與的組合為Fuzzy的綜合評判矩陣；（6）得到評估的結(jié)果矢量H，能夠按照最大從屬原理，對目標(biāo)物體的等級狀況、程度進(jìn)行分析。模糊綜合評判模型的確定針對磯山磷礦西采區(qū)的工藝特點(diǎn)，提出了三種較為適宜的采煤方式：（1）向上水平層狀進(jìn)料開采方法；（2）采用點(diǎn)柱上的水平分層開采方法；（3）采用點(diǎn)柱向上分層充填開采方法，重點(diǎn)點(diǎn)柱采用錨固。模糊綜合評判過程隸屬函數(shù)的確定在進(jìn)行模糊綜合評估時，充分考慮了煤礦企業(yè)和地方煤礦主管部門的意見，依據(jù)評價礦井目前的實(shí)際狀況，確定了三種采礦方案分成好、中、差三個等級。在確定了評估級別之后，我們還必須對三種不同的采礦方法產(chǎn)生的正面效應(yīng)進(jìn)行分析。下表所示的就是各項(xiàng)具體的評價指標(biāo)以及等級特征等信息。表3評價指標(biāo)優(yōu)劣等級特征值序號指標(biāo)名稱單位?等級特征值好中差1生產(chǎn)能力t/d>330260<2002充填工藝難易性容易中等難3米礦成本元/t<3040>504充填充填成本元/t<2025>355頂板下沉值10'2m<48>106頂板應(yīng)力值MPa<11.2>37地表破壞等級IIIIII8損失率%<1015>209貧化率%<68>10評判矩陣確定為了得到評價矩陣，需要在求解各個要素的指標(biāo)時，引入其所屬函數(shù)，從而得到三個不同開采計(jì)劃的指標(biāo)。具體的評價指標(biāo)數(shù)值如下表所示。表4評價指標(biāo)值序號指標(biāo)名稱單位-方案IIIIII1生產(chǎn)能力t/d2203003002充填工藝難易性中等簡單簡單3米礦成本元/t42.1535.0438.64充填充填成本元/t44.6328.2628.265頂板下沉值10'2m15.384.264.36頂板應(yīng)力值MPa2?31?20.5?1.57地表破壞等級IIII8損失率%1118.518.59貧化率%8.0255權(quán)重計(jì)算在礦井設(shè)計(jì)中，每個要素的重要程度是不同的，每個要素都具有對應(yīng)的加權(quán)因子，通過對煤礦行業(yè)的評價，運(yùn)用AHP方法對各因子進(jìn)行加權(quán)，得出各因子的加權(quán)因子，各權(quán)系數(shù)可參考下表所示。表5各因素權(quán)重值序號指標(biāo)名稱單位重要性排序權(quán)重值1生產(chǎn)能力t/d30.1332充填工藝難易性50.0673米礦成本元/t50.0674充填充填成本元/t40.105頂板下沉值10'2m10.26頂板應(yīng)力值MPa10.27地表破壞等級20.1678損失率%60.0339貧化率%60.033因此：根據(jù)相應(yīng)的公式B=4?R,確立了模糊關(guān)系矩陣月與權(quán)重向量后，將4與R的合成模糊綜合評價矩陣，得出評價結(jié)果向量：Bi=（0.041135,0.425355,0.53351）；&=（0.413042,0.497858,0.0891）；位=（0.57319,0.37111,0.0591）。結(jié)論本文主要針對西采區(qū)二、三號礦床地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及礦床地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行了深入的探討，對礦床的充水因子和通道進(jìn)行了初步選擇，初步確定了礦床的工藝參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)。采用FLAC3D程序，結(jié)合礦山實(shí)際情況，結(jié)合巖體的力學(xué)失效判據(jù)，采用FLAC3D軟件，對頂板應(yīng)力、應(yīng)變、位移等進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。具體如下所示：（1）磯山磷礦西采區(qū)II、III兩種最適宜的開采方式是采用點(diǎn)柱頂面向橫向分層填充米礦法，米場沿著方向排列，點(diǎn)柱直徑4mX4m，米場點(diǎn)柱間隔12mX15m，走向點(diǎn)柱中央間隔15m，縱向間