某礦東區深部礦體回采效應研究

（安徽金日盛礦業有限公司,安徽 霍邱 237400）

某礦東部礦體前期回采采用無底柱分段崩落法回采，首采分層利用礦石當覆蓋層，在-370以上形成一個體積近200萬m3的空區，空區覆蓋層平均厚度約40m。后期東部礦體的采用分段嗣后充填法回采。為了揭示深部礦體回采的穩定性，以及對存窿礦區頂板穩定性產生的影響，采用巖體介質材料有很好適應性的FLAC3D三維有限差分軟件對深部礦體的回采進行數值模擬，為后續的深部礦體安全、高效回采提供堅實的理論依據。

1 計算模型建立

巖體本構關系簡單來說就是其應力-應變的關系，以數學表達式來表達，即稱為巖體本構模型。從實驗室巖石力學試驗和現場實際調查可知，該礦床的礦巖硬度大、結構簡單、完整性較好，圍巖巖體評價質量好。且沒有深部高應力威脅，故選擇通用型的摩爾-庫倫模型作為本構模型。

根據龍橋礦采空區分布范圍，建立了長寬高分別為2660m、2000m和820m的幾何模型，其礦體部分單元尺寸為10m×10m×10m。計算范圍空區跨度的3～5倍，為了更客觀地模擬龍橋礦存窿礦石大量放出過程頂板巖層移動及應力變化規律，對上述建立的幾何模型，設立了如下邊界條件：頂部設定為自由邊界(Z=120m)；底部(Z=-700m)施加垂直方向位移約束，即UZ=0；模型X方向的端面邊界(2680，5340)，施加位移約束，即UX=0；模型Y方向的端面邊界(3120，5120)，施加位移約束，即UY=0。

2 深部礦體回采效應分析

選取最靠近存窿空區邊界的06WR2、04WR2、02WR2、00WR2四個采場進行回采模擬，模擬該四個采場形成的空區對東部區域穩定性影響。根據實際的回采順序以及目前實際情況進行模擬。

本次數值模擬重點揭示龍橋礦東部深部礦體回采對空區頂板穩定性及自身回采過程中穩定性的特征，為節省篇幅選取-380水平、4線剖面詳細分析最大主應力、最小主應力。揭示深部四個采場礦體回采，自身的穩定性及對存窿礦空區巖層移動規律。

東部存窿礦空區，水平垂直方向的位移呈現橢球體形狀，橢球體長軸方向長軸與礦體走向近似成310方向產出，基本與礦體的水平投影一致，空區中心的位移為5cm左右，說明深部礦體受空區影響存在擠壓效應，影響范圍大致在30m左右，隨著圍巖漸離空區，其位移量逐漸減小。00WR2采場回采完成后，00WR2采場周邊的位移量基本沒產生變化，但是隨著與00WR2采場沿走向一直的02WR2采場回采之后，00WR2采場南北向兩側的位移量達到1.2cm，范圍約占采場走向長度的三分之二，02WR2采場北側的位移量范圍也較大，位移量1.2cm。04WR2及06WR2在垂直走向上距離上部采空區距離較00WR2、02WR2采場遠20m左右，其回采之后采場位移量變化不大。但是隨著04WR2的回采，00WR2、02WR2的采場的位移量范圍有所擴大，擴大區域主要集中在采場南側。四個采場回采之后，位移量最大、范圍最大的均為00WR2采場。

累計回采后-380m頂板巖體最大主應力的規律如下：在采空區頂板圍巖中存在最大主應力明顯降低區，應力降低區域的空間分布模式受采空區輪廓的影響4線至6線區域，-380水平最大主應力為1Mpa，未出現拉應力，說明隨著深度的增加，采空區下部的穩定性較好。

最小主應力值在-6.0MPa～-6.59Mpa區間，最大主應力輕度集中，主要區域為存窿礦回收空區的上盤。深部00WR2采場回采之后，采場南北兩側的最大主應力值有所降低，其數值在0.5Mpa左右，采場周邊穩定性較好。隨著02WR2采場回采之后，采場上、下盤圍巖等接觸處最大主應力升高區較為明顯，2線采場最大主應力升高，區域迅速擴大。

00WR2采場南側出現一定范圍的應力增大區域。隨著04WR2及06WR2采場的回采，采場南北測應力進一步降低，不穩定區域主要集中在深部采場及存窿礦空區之間的區域，兩者距離越近，其最大主應力值越大。

采空區圍巖呈現的最小主應力的空間分布規律有以下規律如下：

①在采空區頂板和底板相鄰圍巖存在明顯的最小主應力降低區域，其最小主應力值為-1.5Mpa至-2Mpa，-380m頂板最小主應力由為壓應力，圍巖整體穩定性良好；②在距離采空區頂板和底板一定距離區域內，存在明顯的應力集中現象，底板巖層應力集中區域的最小主應力為-20.00Mpa左右，主要范圍為存窿礦空區南端；③隨著圍巖漸離采空區，其應力逐步趨近于原巖應力。

3 結語

（1）本次數值模擬主要分析東部深部靠近存窿空區邊界四個采場回采采頂板穩定性地壓規律顯現。深部礦體的回采對存窿礦空區的影響較小，但其自身的穩定性存在一定的安全隱患，在同一水平同時回采兩個采場（00WR2、02WR2）預留15m礦柱的應力集中程度最大，穩定性不容樂觀，建議后期深部礦體的回采在沿走向方向錯開一定的距離。

（2）深部采場的穩定性00WR2、02WR2不如04WR2、06WR2，其主要原因是00WR2、02WR2采場在垂直走向上更靠近存窿礦空區，受存窿礦空區的影響更大，結合數值模擬分析其距離存窿礦空區邊界30m以上，深部采場的回采的穩定性基本不受存窿礦空區的影響，距離在10m以內，深部采場的回采穩定性較差，且兩空區間的預留礦體穩定性也變差。

（3）深部采場的回采對相鄰采場的穩定性會造成一定程度的影響，特別是在前期開采的采場未充填狀態下，相鄰采場回采對形成的空區影響較大。

（4）深部采場的寬度以小于15m為宜，寬度過大容易導致采場兩幫圍巖出現大面積的應力集中現象。

（5）東部1線值8線的穩定性受及存窿礦的回收及深部礦體開采的相互作用，必須合理的安排采場的回采順序，預留一定距離的隔離礦柱。