某礦山采空區(qū)數(shù)值模擬與穩(wěn)定性分析*

何 偉 肖益蓋

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

某礦山采空區(qū)數(shù)值模擬與穩(wěn)定性分析*

何 偉1,2,3肖益蓋1,2,3

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

某礦山設(shè)計開采中段高度50 m，經(jīng)過2 a多開采，形成了一定的采空區(qū)。為驗證該采空區(qū)的穩(wěn)定性，結(jié)合礦山地質(zhì)條件、礦巖特性和采礦工藝等，運用3DSigma軟件，采用三維有限元法對采空區(qū)穩(wěn)定性進行數(shù)值模擬分析，得出了應(yīng)力、應(yīng)變、安全率、塑性破壞域的變化情況。在此基礎(chǔ)上，采用解析法分別對圍巖自穩(wěn)能力、礦柱承載力進行分析評價，認為該采空區(qū)較穩(wěn)定，為確保礦山安全生產(chǎn)提供參考。

采空區(qū) 礦柱承載力 數(shù)值模擬 穩(wěn)定性

某礦山經(jīng)過2 a多開采，目前井下僅開采中西部礦體，垂直方向上僅開采-255，-305 m等2個中段，高100 m；開采形狀隨礦床形態(tài)的變化而變化，極其復(fù)雜，特別是-255 m中段西部礦體，夾石多且厚大；開采地點涌水較大，水壓較大；初期開采時間倉促，在充填等配套工藝不具備條件時進行回采，采空區(qū)無法及時充填或充填體的強度無法保障，礦柱片幫嚴重，為下一步回收礦柱留下了隱患。通過對井下采空區(qū)進行三維有限元分析和數(shù)值模擬，為確保采空區(qū)穩(wěn)定提供依據(jù)。

1 數(shù)值分析原理

本研究采用3DSigma軟件進行數(shù)值模擬，顧及巖體變形的非線性及其塑性屈服對應(yīng)力-應(yīng)變的影響，經(jīng)三維彈塑性有限元分析，將彈塑性模型總的變形分為彈性變形、塑性變形2個部分[1]。……