随着矿产资源开采技术的发展,无废开采已经成为采矿技术发展的必然趋势。空场嗣后连续开采工艺具有生产效率高、资源回采强度大、节省尾砂堆存场所、减少环境污染、降低贫化损失指标、能有效控制采区地压等优势,越来越受到人们的重视。该工艺将阶段划分为一步矿房和二步矿房,先采一步矿房,采后进行胶结充填,待其凝结后,再回采二步矿房,采后用水砂充填。由于一步胶结充填体稳定性受自身外形尺寸及复杂受力环境的影响,使得设计合理的强度确保胶结充填体在回采过程中的稳定性成为该法成功应用的关键性技术难题。大红山铜矿B88-92-3盘区,采用空场嗣后充填采矿法,盘区设计高度70m,长度89m,宽度30m。为节约充填成本,盘区中部矿柱设计宽度仅为10mm,采用块石尾砂胶结充填。该胶结矿柱高宽比为7:1,长宽比为3:1,为典型的“高、窄、长”胶结矿柱,受外形尺寸影响胶结矿柱所需强度较高。根据矿山的实际采充顺序,胶结矿柱在盘区回采过程中将先后暴露2次,单侧临空面高,暴露面积较大。盘区回采程中,胶结矿柱前期要求自立,后期不仅要求自立同时还要承载顶部岩体压力和水砂侧向压力,受力环境复杂多变。论文以大红山B88-92-3盘区胶结矿柱强度设计为研究背景,总结了国内外确定胶结充填体强度的方法,分为经验类比法、强度模型法和数值分析方法。经分析认为:①经验类比法科学性不足,带有较强的主观性;②强度模型法适用条件单一,仅能计算“自立”性或“承载”性胶结矿柱的强度计算,不能计算复杂受力环境下胶结充填体的强度。因此,论文采用数值模拟方法计算B88-92-3盘区胶结矿柱所需强度。首先采用弹性算法,确定胶结矿柱极限平衡状态下的强度参数;其次以弹性方案确定的参数为基础,进行弹塑性数值计算分析,确定了B88-92-3盘区胶结矿柱可在强度参数为内聚力0.8Mpa、内摩擦角31°的情况下保持稳定,并通过莫尔-库伦准则计算出胶结矿柱所需最大强度为2.77Mpa。在确定胶结矿柱强度的基础上,通过实验分析确定了在空区内先下块石,后下胶结料浆或者同时下料的充填方式,开展半工业实验确定了胶结料浆配合比。胶结料浆在水泥添加量为300kg/m3,浓度为70%—72%的条件下,不仅能实现管输自流,而且胶结料浆包裹块石的效果最好。由于胶结矿柱较高,不可能实现一次充填,根据胶结料浆在块石里的渗透高度(3.5m),将胶结矿柱在全高上设计为分层充填体,分层高度5m。以论文中设计的参数开展工业试验。工业实践表明:大红山B88-92-3盘区胶结矿柱在盘区回采过程中保持了自身的稳定性和整体性,为盘区回采提供了安全可靠的作业环境。证明了论文中所设计强度参数的合理性。论文不仅解决了大红山铜矿B88-92-3盘区“高、窄、长”复杂受力环境下胶结矿柱强度设计的难题,而且为大红铜矿胶结矿柱强度的确定提供了设计方法,同时为大红山铜矿推广块石尾砂胶结充填以实现降低水泥用量、节省生产成本提供了技术支撑,具有广大的推广价值。