为确保复杂富水矿山铁矿石的安全开采,科技部于2006年中期启动了国家“十一五”科技支撑项目“复杂金属矿产资源采选冶关键技术与装备研究”,而“复杂富水矿床开采关键技术开发与研究”(2006BAB02A01)正是该支撑项目的第一子课题。白象山铁矿作为课题的典型研究矿区,研究其在富水条件下开采时采场的稳定性对本矿山的基建和生产具有重要意义。 本文通过在现场进行塌落度试验以及水泥-混合矿全尾砂强度配比实验对矿山的充填材料的强度性能进行了实验研究;运用FLAC3D软件建立充填采场模型,对采场稳定性进行数值模拟分析,对矿山获得合理的采场结构参数提供指导。并模拟在最佳采场结构参数下,不同的开采条件对采场顶板稳定性的影响,为矿山将来的开采提供安全指导。主要研究内容和研究结论如下: (1) 通过矿山充填材料试验得出,试验中发现试块强度随龄期的延长虽然有所增长,但增长幅度较小,充填体强度仍然偏低。其中1:4的58%、61%、64%浓度的试块28天强度仅为0.406MPa、0.519MPa、0.661MPa,较低浓度和配比的试块强度则更低。根据不同采矿方法的要求,考虑到试验结果,水泥-全尾砂充填材料强度无法满足目前各类采矿方法的需要。若要用磁铁矿全尾砂作为充填材料则必须对全尾砂作进一步改性或胶凝材料代用品的深入研究。 (2) 通过FLAC3D软件建立矿山代表性区域三维数值模型,根据正交试验方法设计了采场在不同的采场跨度、进路宽度、分层高度以及充填体强度类型的4因素3水平采场结构参数的数值模拟,以顶板的最大沉降量、顶板受到的最大拉应力和顶板的塑性区最大破坏高度作为评价采场稳定性的指标。通过模拟的结果确定采场最合理的采场结构参数方案。 (3) 基于所确定的合理采场结构参数,通过对不同埋深、不同顶板厚度和不同侧压力系数条件下的采场顶板稳定性数值模拟研究,得出了不同埋深、顶板厚度和侧压力系数对采场顶板稳定性的影响规律。