深部开采对浅部采空区及竖井稳定性影响的研究

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作者丁子晨
来源内蒙古科技大学
出版年2022
摘要
矿产资源不但是人类赖以生存的物质基础,也是社会经济发展的重要保证,但长期的肆意开挖使得浅部矿产资源告竭,为满足人们对矿产资源日益强烈的需求,深部开采逐渐成为了新的矿产资源开发的形式。然而在深部开挖矿体的过程中,由于深部矿块回采时常导致浅部采空区失稳、井筒变形破裂等灾害的发生,给矿山企业造成了不可挽回的经济损失和人员伤亡,因此分析研究深部开采对浅部采空区和井筒稳定性造成的影响对矿山而言十分重要。本文以包头市鑫达东柏树金矿为工程背景,将深部开采对浅部采空区和上下盘竖井稳定性造成的影响作为主要研究目标,重点研究分析鑫达东柏树金矿32号矿体188m~-300m分段空场法开采和分段空场嗣后充填法开采对32号矿体浅部采空区、13号矿体浅部采空区以及矿山上下盘竖井稳定性造成的影响,为矿山今后采空区的治理、上下盘竖井的维护和32号矿体188m~-300m的开采提供参考依据,本文取得的研究成果如下:(1)将现场采集到的岩样做成标准岩石试样,然后利用各项试验测出了鑫达东柏树金矿各类岩石的物理力学参数,并对测得的力学参数进行处理,综合分析后得到鑫达东柏树金矿岩体的各项力学参数。(2)建立鑫达东柏树金矿三维矿山模型,并利用FLAC3D数值分析软件模拟空场法开采32号矿体188m~-300m的不同中段,并根据得到的采空区及竖井的应力、位移、塑性区分布云图,分析采空区和竖井的稳定性及竖井易发生变形破坏的区域。分析结果表明,分段空场法开采过程中矿体开挖对13号矿体采空区稳定性影响较小,13号矿体采空区内应力集中程度相对较小,但采空区内大部分矿柱和顶板发生了位移,且采空区顶板、围岩、矿柱整体处于剪切破坏状态。而矿体开挖对32号矿体采空区稳定性影响较大,32号矿体采空区内矿柱、顶板、底板发生较大位移且矿柱已发生破坏,采空区内应力集中现象明显,矿柱、顶板中的最大压应力值超过了其抗压强度。开采过程中上盘竖井的变形量在规定的安全范围内,但下盘竖井的变形量已超过规定的安全范围,说明空场法开采不利于空区和竖井的稳定。(3)利用FLAC3D数值分析软件对32号矿体188m~-300m进行分段空场嗣后充填法模拟开采,将模拟结果与分段空场法开采的模拟结果进行对比分析,结果表明分段空场嗣后充填法的开采过程中32号矿体和13号矿体采空区内矿柱、顶板、底板中的最大压力值均远小于其抗压强度,发生位移的矿柱和顶板数量少、位移量小,且采空区内发生塑性破坏的区域也小,上下盘竖井的变形量均符合相关安全规定,说明分段空场嗣后充填法开采方案更加合理,能够保证鑫达东柏树金矿在32号矿体188m~-300m的开采过程中采空区及竖井的稳定性,研究结果可为矿山深部开采的方案选择及采空区的处理方法提供理论基础与依据。

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