随着矿山开采深度的增加和采矿规模的扩大,开采扰动诱发的采空区失稳灾变问题日益严重。这一问题不仅严重威胁矿山的安全生产,同时也制约着采矿效率和资源利用率。由此可见,探究采空区失稳机理及防控方法对我国矿山的可持续发展至关重要。为此,本文以内蒙古某铁矿为研究背景,采用现场调研、散体承载特性试验、理论分析相结合的方法,构建了考虑散体承载特性的采空区渐近破坏预测模型,为采空区失稳灾害预测预防提供理论支撑,制定了采空区治理与残矿协同回采方案,主要研究内容与成果如下: (1)由于矿山早期使用浅孔留矿法进行开采,导致矿体上部存在大量空区,通过模拟可知,采空区的存在严重威胁下部矿体的安全开采。因此,需要根据矿山实际条件,制定采空区治理与残矿协同回采方案。 (2)设计了不同粒径配比的矿岩散体承载试验,结果表明,散体应力-应变与时间-累计能量曲线分为孔隙压密阶段、压缩破碎阶段和稳定压实阶段。垮落围岩堆积作用下散体中应力-应变与时间-累计能量曲线分为孔隙压密阶段和破碎压实阶段。散体承载特性与散体粒径均匀程度和大颗粒粒径占比呈正相关关系,且散体承载特性随着垮落围岩堆积次数的增多而逐渐增强。 (3)基于采空区内冒落散体承载变形演化规律,构建考虑散体承载特性的采空区渐近破坏预测模型,确定了采空区周边残矿的回采界限。通过力学模型分析得出,散体容重、垮落围岩堆积次数和颗粒级配和采空区冒落高度呈负相关关系。 (4)综合考虑安全性和经济性因素及指标选取原则的基础上,运用未知测度理论,选取矿山生产效率和安全评价等10项因素作为判别指标,构建了残矿回采范围评价指标体系。通过对指标加权向量和单指标评价矩阵进行了计算,最终确定1310 m中段Ⅰ和Ⅱ号矿体均具有开采价值。 (5)根据矿山生产状况以及开采技术条件,制定了采空区治理与残矿协同回采方案。1310 m中段采空区治理与协同回采方案为将顶柱、间柱一次性爆破并在1310 m中段回收崩落矿石,然后在1278 m中段回收底柱。