采场空区稳定性数值模拟分析

“11.6”特别重大坍塌事故矿区采场稳定性三维数值模拟分析

维普资讯
第３卷第６期２００７年１２月
中国安全生产科学技术
ＪｕｌｏａｅｙＳｉｎｅａｄＴｃｎｌｇｏｍａｆＳｆｔｃｅｃｎｅｈｏｏｙ
Ｖ０．Ｎ．１３ｏ６Ｄｃ０ｒｅ．２Ｏ７
ｓｍｍｎｏａｓｅａｔｐｔｕｇｅｓｂｌｆｎｅｒｎｎｇａｅ．ｉｉｉｏ，ｄｍｇｆａｕｉｉｃｌｐｅｆｌＷｓｄｅｔｔｉｔｏｄｒｏｄｍｉｒａＭｎｎｈｓｒａａｅｏｗｌｅｎｌｉｄｓｅｕｏｊｈａｉｙｕｇｕｉｎｇｔｙｌ
ｅ．ｈｅｕｔａｉｅａｒｆｒｎｅｆｒｅｒｓｏｓｉｔｏｆｍａｉｎｎｄｍａｅｉｐｓｉｌｏａｏｄｓｍｉｌｒａｃ— １ＴｅｒｓｌＣｇｅｃｐｎｉｌｃｎｒｔ，ａｋｔｓｅｔｖｉｏｅｓａｃｉｓｎｖｅｅｏｔｅｈｂｉｙｉｏｏｂｉｍ
型，反演了该采区的开采历史和围岩破坏、围岩应力分布、地表沉陷、监测点位移变化等情况，从力学角度阐述本次事故发生发展的过程，对地下采场的安全稳定性给出了客观的评价。为事故处理责任的认定和避免同类事故的发生提出了参考性意见。
关键词：石膏矿；采场稳定性；数值分析；陷坍
ＭＡｉｔｏＨａ—ａ
（ｈｎｃｄｍｆａｔＳｉｃｎｅｈｏｇ，Ｂｎ１０２。Ｃｉ）ＣｉＡａｅｙｆｙｃｎｅｄＴｃｎｌｙｅｉａｏＳｅｅＡｏｇ００９ｈａｎ

采空区稳定性的三维有限元模拟_田显高

应力图中正值表示受拉, 负值表示受压。
图 2 拉应力等值线 (M Pa )
从图 2~ 3中可见: 绝大多数顶板单元所受的拉应力不超过 2. 75M Pa, 压应力不超过 12. 56 M Pa, 远
图 4 位移等值线 (m )
为了准确评价采空区的危险性, 确保安全生产, 建立计算模型时, 假设 + 85 m 水平以上采空区的水平宽度为 20 m, + 85~ + 62 m 水平之间采空区的水平宽度为 80 m, + 62~ + 20 m 水平之间采空区的水平宽度为 40 m, 除了分布有几个点柱外, 采空区沿水平方向和倾斜方向都连续分布。计算假设的采空区宽度比实际情况略偏大, 计算假设的矿柱分布也比实际情况少, 采空区的连续性也比实际情况强, 因此, 计算的应力、位移值可能比实际情况偏大。总之, ANSYS 分析表明: 该采空区引起的地压显现不明显, 不会引起顶板失稳, 不会导致地表发生明显的岩体移动, 不会引起地表塌陷或007, 27( 1)
悬顶高度过大, 矿柱尺寸偏小, 且顶板跨度太大, 将是该处可能发生顶板冒落、矿柱片帮事故的主要原因。
3 矿柱强度校核
根据李俊平等于 2002年和 2003年提出的设计方法 [ 2, 3] , 建议该矿开采缓倾斜以下的矿体时, 按表
2 布置矿柱。
某矿采空区分布在 - 2~ 305 m 高程之间, 倾角变化较大, 从 0b~ 70b都有分布。垂直剖面线的采空区宽度一般不超过 20 m, 局部达到 80 m。顶板跨度一般不超过 20 m, 局部达到 35 m。从地表至 - 200m 水平主要有白云岩、砂岩、灰岩和铅锌矿等 4种岩体, 其中铅锌矿赋存在灰岩中。岩体力学参数见表 1。

某铁矿采空区稳定性的数值模拟分析

孔学伟（1985—），男，主任，工程师，661000云南省个旧市。

某铁矿采空区稳定性的数值模拟分析孔学伟1徐培良1杨八九2者亚雷2（1.云南锡业股份有限公司；2.云南亚融矿业科技有限公司）摘要某铁矿I 号铜矿带浅部采用浅孔房柱法开采，经过近7a 的开采，从800m 分段至880m分段共形成145个采空区，采空区内存在大量尺寸不等的间柱、点柱、顶、底柱，部分采空区已贯通，空实比约为3∶1，采空区体积之和约为95.2万m 3。

为探讨该采空区的稳定性，在现场调查、室内岩石力学实验及矿岩体质量分级的基础上，采用FLAC 3D 有限差分法，对矿体开采至不同中段时采空区、矿柱等的稳定性及采空区对地表充填制备站的影响进行研究。

结果表明：145个采空区中有18个采空区顶板存在明显的拉应力，且位移量也相对较大，如不及时处理，随着矿柱荷载的不断增加，会导致矿柱失稳破坏，最终引发一系列的地压问题。

研究成果为矿山采空区的治理提供了理论依据。

关键词采空区点柱有限差分应力集中荷载失稳破坏DOI ：10.3969/j.issn.1674-6082.2021.03.062Numerical Simulation Analysis on Goaf Stability of an Iron Mine KONG Xuewei 1XU Peiliang 1YANG Bajiu 2ZHE YaLei 2（1.Yunnan Tin Co.，Ltd.；2.Yunnan Yarong Mining Technical Co.Ltd.）AbstractThe shallow part of No.1copper belt of an iron mine is mined by shallow hole room and pil⁃lar method.After nearly seven years of mining ，145goafs have been formed from 800m to 880m.There are a large number of pillars ，point pillars ，top and bottom pillars in the goafs.Some of the goafs have been connected ，the ratio of air to solid is about 3∶1，and the total volume of mined out areas is about 952000m 3.In order to explore the stability of the goaf ，on the basis of field investigation ，indoor rock mechanics ex⁃periment and rock mass quality classification ，FLAC 3D finite difference method is used to study the stabilityof goaf and pillar when the ore body is mined to different middle sections and the influence of goaf on sur⁃face filling preparation station.The results show that:there are obvious tensile stress in the roof of 18goafs in 145goafs ，and the displacement is relatively large.If not handled in time ，with the increasing of pillar load ，it will lead to pillar instability and failure ，and eventually lead to a series of ground pressure prob⁃lems.The research results provide a theoretical basis for the treatment of mined out areas.Keywordsgoaf ，point column ，finite difference ，stress concentration ，load ，instability failure总第623期2021年3月第3期现代矿业MODERN MININGSerial No.623March .2021矿体在开采条件下引起的应力二次分布以及矿岩移动变形规律都非常复杂，仅仅从理论方面对其进行计算分析，很难客观而全面地反映研究对象的变化过程，必须借助理论计算之外的其它研究手段［1-3］。

采空区稳定性可靠度及其影响因素敏感性分析

02
实验研究方法的发展：提高实验数据的准确性和可靠性
03
智能监测技术的应用：实现实时监测和预警
04
多学科交叉技术的应用：提高分析问题的深度和广度
政策法规支持
01
政府出台相关政策，支持采空区稳定性可
靠度的研究与开发
04
鼓励企业加大投入，提高采空区稳定性可靠度的技术水平和应用范围
工程实践
03
某金矿采空区稳定性可靠度
工程实践
04
某铜矿采空区稳定性可靠度
工程实践
稳定性可靠度的控制措施
01
02
03
04
加强采空区监测：实时监测采空区变形、位移等情况，
及时采取措施
优化采矿工艺：采用先进的采矿工艺，降低采空区稳定性
风险
加强支护设计：合理设计支护结构，提高采空区稳定性
加强安全管理：建立健全安全管理制度，提高采空区安
地下水：地下水的存在和运动对采空区稳定性有很大影响
采空区充填：采空区充填材料的选择和充填质量对采空区稳定性有很大影响
采空区监测：采空区监测技术的选择和监测结果对采空区稳定性有很大影响
采空区稳定性的评估方法
数值模拟法：通过建立数值模型，模拟采空区的应力、变形和破坏过程，评估其稳定性。
现场监测法：通过在采空区布置监测点，实时监测采空区的变形、应力等参数，评估其稳定性。
经验公式法：根据已有的经验和数据，建立经验公式，评估采空区的稳定性。
综合评估法：综合运用多种方法，对采空区的稳定性进行因素的识别
01
地质条件：地层结构、岩性、地下水等
02 采矿工艺：采矿方法、采矿设备、采矿参数等

矿山开采过程中的岩体稳定数值模拟与分析

模型建立
根据矿区实际情况，建立三维模型，包括矿体、围岩和节理裂隙等
边界条件
根据工程实际情况，设置模型的边界条件，包括位移约束和应力边界条件
初始条件
根据地质勘察资料，设置模型的初始应力场和位移场
模拟过程
进行开挖模拟，分析不同开挖阶段的岩体变形和应力分布情况
结果分析
对模拟结果进行分析，包括位移场、应力场、塑性区分布等，评估岩体的稳定性
监测预警系统
建立监测预警系统，实时监测岩体的位移、应力、应变等参数，及时发现失稳征兆。
数值分析预测
通过数值模拟分析，预测岩体的应力分布和变形趋势，提前预警可能发生的失稳。
经验判断法
根据地质勘察和工程实践经验，判断岩体失稳的可能性，采取相应的预防措施。
岩体稳定性控制措施
锚杆支护
采用锚杆对岩体进行加固，提高岩体的整体稳
研究不足与展望
目前数值模拟在矿山开采过程中对岩体稳定性的分析仍存在一定的局限性，如模型简化、边界条件设定、参数选取等方面存在不确定性，需要进一步完善和改进模拟方法。
采场顶板和采空区处理是矿山开采过程中的重要问题，但目前数值模拟在解决这些问题时仍存在一些挑战，如大变形、非线性、多场耦合等问题的处理需要进一步研究和探索。
02
矿山开采基本原理与技术
矿山开采方法
01
02

03
露天开采
将矿体周围的岩体剥离，将矿石运出。
地下开采
通过矿井进入矿体，将矿石运出。
特殊开采方法
如溶浸法、原地破碎法等。
岩体工程地质性质
岩体的物理性质
01
如密度、孔隙率、含水率等。
岩体的力学性质

地下采场稳定性数值模拟研究及结构参数优化

董凯程，辉，曹解联库
（京矿冶研究总院，京１０６）北北０１０
摘要：场回采顺序及结构参数对提高采场回采安全性，低回采损失、化率，高回采效率有重要意义。采降贫提
利用ＦＡ数值分析软件，不同结构参数采场稳定性进行数值模拟分析。通过对矿柱及围岩的应力、变及破ＬＣ对应
２ｏ
有色金属（矿山部分）及网格划分如图ｌ所示。
第６卷４
移，面为竖向应力边界条件，顶由上覆岩土体自重换算得出，型内部矿房及矿柱分布情况和计算模型模
（计算模型简图及其尺寸ａ）
（）型网格划分图ｂ模
Ａｂｓｒｃ：Ｓｔｐｅｍｉｎｇｓｑｎｅｄｔｕｃｕａｐａａｅｅｓａｅｍｐｔｔｔｉｐｒｖｅｍｉｉｇａｅｙ，ｒｄｕｃｔａｔｏｎｉｅｕｅｃｓａｎｓｒｔｒｌｒｍｔｒｒｉｏｒａｎｏｍｏｎｎｓｆｔｅｅ
采场回采过程中第一步骤、二步骤应力变化第
不明显，主要分析第三、四步骤开采过程中的应力变化情况。图２表示采场宽度为１Ｉ５Ｉ条件下的采区Ｔ水平中截面及其下面部分岩体的竖向应力分布。从图中可以看出，房开采初期，区周围竖向应力较矿空
较小，填体位移变形量大也意味着内部吸收能量充

某矿复杂采空区群稳定性数值模拟研究

摘要：某矿采空区具有规模大、数量多、空间关系复杂等特点，急需开展复杂采空区群稳定性课题
的研究。在对采空区群及其开采环境现场调研的基础上，进行了现场点荷载试验与室内单轴抗拉、抗压强度实验，获得岩体力学参数。采用三维有限元方法对该矿进行数值模拟，模拟结果表明：该矿采空区稳定性偏低，部分空区顶板出现拉应力集中，有可能出现顶板冒落。根据分析结果，提出了相应安全对策，为矿山的安全生产起到指导作用。关键词：矿；采空区群；稳定性；有限元数值模拟
塌陷，造成生命财产的损失，并会导致下一步矿山不能正常生产，造成巨大间接经济损失。采空区的存
在对矿山生产安全、资源合理开采和环境保护造成
了严重的潜在危害。
对于采空区稳定性的研究，目前应用较多的主要有经典唯象学方法、力学方法和数值分析方法。经典唯象学方法中根据随机介质理论而提出的概率积分法在采空区稳定性分析与评价中广泛应
第２９卷第２期２０１３年４月
湖南有色金属
ＨＵＮＡＮＮ０ＮＦＥＲＲＯＵＳＭＥＴＡＬＳ
・
采
选・
某矿复杂采空区群稳定性数值模拟研究
曾嫒媛，任青云，刘泽洲
（１．厦门紫金工程设计有限公司，福建厦门３６１００６；２．湖南有色金属研究院，湖南长沙４１００１５）

煤矿采空区稳定性分析与研究

中:K为
；W为采空区顶板的跨度,单
位m;H为采空区
，
m。
2）载荷条与
。
上载荷化为一
30。-35。的
，与与
对，
在
，为
以
上载荷及岩石自，
是
的
为：
中：！为散，6_32° ;b为采空区跨度，单
为 m; H 为采空区
，
m
3理
的是采空区在生
自
，上部岩体及载荷部
，
采空区要成自力为了成自力，采
发
，
采空，成
，主要在
间，
发
后，发不完
，主要
其
，
发量变
，成
，主要
为
主，
，
发
，但没有塌
，
没有发根
，其
点为
，范围
，范围。
媒矿#代化
2019 &' 6 (
)* 153 (
2采空区稳定性分析与评价
2.1米空区稳定性影响因素影响采空区稳定性四大因素为*6+7]：地质因素、水
文因素、环境因素和工程因素,造成采空区塌落的原因是上述因素的随机共同作用结果。其中地质因素主
空区上
要有
的稳定岩层，本
中
取稳定岩层厚度等力
：
H _ F+hxtan（45-"/2）
（3）
中:Hy为压力
，
为m;P为内摩擦
角，取"_36.5° ;h为采空区最大高度，取h_15m;b
为采空区
，
为6；f为岩层强度
数;（f_熹，叽为单轴抗拉强度,单位为MPa）。

基于FLAC3D数值模拟的采空区稳定性分析

在矿产资源开采过程中，房柱法、全面法及留矿
法等空场类采矿方法开采形成大量采空区。其原岩
应力平衡状态遭到人为破坏，因此会产生次生应力场
２边界条件及模拟方案
模拟的采空区埋深较浅，选用弹性求解法来生成
来引起岩体中的应力重新分布以达到平衡，而且在此过程中伴随一系列的矿压显现。对于产生的采空区
２０１３年第３期／第３４卷
黄
金
ＧｏＬＤ
巨耍［
基于ＦＬＡＣ３ｐ数值模拟的采空区稳定性分析
张海波，宋卫东
（１．河北联合大学矿业工程学院；２．北京科技大学土木与环境工程学院）
摘要：采空区规模的不断扩大，给矿山安全生产带来了极大的威胁。应用数值模拟方法，能够系统地分析采空区周围岩体的应力分布规律和变形趋势，鉴于拉格朗日算法的ＦＬＡＣ３Ｄ程序适合于求解岩土力学工程中非线性的大变形问题。以石人沟铁矿为工程背景，运用ＦＬＡＣ３Ｄ对采空区的稳定性进行了数值模拟分析，并得到空区围岩的应力应变分布规律，对空区的稳定性进行了科学分析与评价，提出了应及时处理采空区的建议。
１围岩内部应力状态重新分
布，模拟应使问题得以简化而又不至于失真。本文在
研究过程中，对模进行了如下简化：

采矿工程中数值模拟技术探讨

采矿工程中数值模拟技术探讨在采矿工程中，不仅仅要重视其开采问题，同时还应该重视围岩稳定性以及岩层的控制，因在开采过程中，其围岩自身具有很多不明确因素，以往所采用的传统分析方法在解决这些问题的时候，容易出现很多的弊端。

文章就针对这些问题，就采矿工程中数值模拟技术进行详细地探讨，结合采矿工程的特点，对数值模拟技术进行分析。

随着信息技术的不断发展，在采矿工程中开始逐渐应用数值模拟技术，这在很大程度上推动了我国采矿工程事业的发展。

数值模拟技术不仅可以模拟岩体结构特性与复杂力学，同时还便于对各种边值问题的分析以及施工过程对巷道围岩稳定性的影响进行分析，预测工程岩体的稳定性。

目前，随着这种数值模拟技术的大力发展，已经逐渐成为了解决采矿工程问题以及其他岩土工程问题的主要研究手段之一。

下面文章就采矿工程模拟技术来进行探讨。

一、采矿工程中存在的问题在采矿工程中，因涉及到的内容非常的广泛，导致其存在着很多的问题，其中尤为突出的就是岩土工程问题。

不管是采场顶板垮落、深部开采的地温与地压，还是覆岩移动以及采动所引起的高应力软岩巷道围岩的控制均需要进一步进行研究。

在采矿工程中，其存在的问题主要分为以下两种：(一)采场围岩控制采场围岩控制问题的表现主要如下：岩体结构是怎样被破断的，破断以后的岩块是否处于一种稳定状态以及结构失稳以后其形态的变化等。

采动应力场主要是指矿体被采出以后，围岩内应力场的重新分布，它是岩体变形破裂运动的源泉，但是因原岩应力自身的状态以及其在开采以后，难以测定应力场，再加上其现场测定与相关的理论描述都不是很成熟，因受采动应力场的影响，其采动岩体就会发生一定的变形，一直到破裂，这些破裂后的块状围岩体就会形成一种堆砌结构，由于其自身失稳导致岩体运动，一直到再形成稳定的块状堆砌结构为止。

(二)巷道围岩控制巷道围岩控制问题是指开采以后覆岩的移动、变形以及破坏导致围岩应力场发生变化，即开采对于工程附近巷道围岩自身稳定性的影响，以及在采动影响下，巷道围岩的控制机理与技术。

基于CMS实测的采空区稳定性分析

象，大规模破坏也可能产生；、２３号空区顶板最大沉
陆刚
（西金河矿业股份有限公司拉么锌矿，广西河池市广５７０）４００
摘要：研究西部某矿山井下采空区围岩稳定性，合现场ＣＳ空区探测数据及为结Ｍ
ＦＡＣ软件，立了空区赋存地质模型，析了采空区围岩稳定性，结合岩体破坏判据Ｌ建分并
ＣＭＳ三维空区探测数据及地表地层数据，用运
束，拟主要载荷为岩体自重应力。模
矿体、围岩的计算力学参数见表１。
３ＭＩＤＮＥ矿业工程软件及ＦＡＣ。结合的方式对Ｌ。相
空区形成过程及稳定性进行模拟计算分析，矿山为
数值计算模型总体尺寸为３０ｍ×１０Ｉ ×１Ｏ０５ｎ５
ｒ，ｎ由于空区埋深较浅，中段距地表仅有５ｎ，一ＯＩ因
此模型上边界取至地表，四周及下边界按开采的影
图２计算区域的地质网格模型
表１矿岩和围岩主要物理力学参数
关键词：空区；定性分析；采稳数值模拟；ＭＳＣ
我国西部某矿山以铜矿体为主，矿方法主要采
用浅孔留矿法，分采用中深孔落矿，部回采后未对空
响范围确定。网格划分时，为使模拟结果更加准确，将采空区及周边围岩附近尺寸划分得较小，围网外格尺寸较大。采用位移约束的边界条件约束模型边

基于CMS实测的露天转地下开采采空区群稳定性分析

ｔｎｌｓｏｏｆｇｏｐ）ｆｅｅｃｅｔｉａｉｆｒｐｌｒｏｂｎｎｏｆｔａｍｅｔａｔｃｎｃｌｕ — ｙａａｙｉｆｒａｓ（ｒｕ，ｏｆｒｄａｓｉｎｉｃｂｓｓｏｉａｂｉｇａｄｇａｅｔｎ，ｈｉａｐｓｇｆｌｒｒｅｓ
我国重点铁矿资源８％以上为露天生产，５大都是倾斜和急倾斜矿床，矿体延伸大，短而深矿床。属
目前多数矿山有几十年的开采历史，的矿山已经有
进入到中晚期，但露天矿深部矿体大约有２０亿～０３
总第２０期０
２１０２年第８期
河北冶全
ＨＥＢＥＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
‘、 ’
ＴｏａＯ０ｔｌＮ２０２１，ｕｂｒ８０２Ｎｍｅ
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｛试验研究：
＋．＋．．＋．．＋．．＋．．＋．一
得应力发生转移并重新分布，继而导致岩体不同程度
收稿日期：０２—０２２１４— ６
确定性以及回采过程中空区群对露天边坡稳定的影响等。采空区的稳定性和处理是石人沟铁矿顺利进
行露天转地下安全开采的重要技术问题。因此，用应
河北钢铁集团石人沟铁矿于１７９５年７月建成投产，计规模１０万ｔａ矿山最终产品为单一铁设５／，

弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟

ＳｅｒｉａｌＮｏ．６１３Ｍａｙ２０２０现　代　矿　业ＭＯＤＥＲＮＭＩＮＩＮＧ总第６１３期２０２０年５月第５期张忠政（１９８９—），男，主任，工程师，辽宁省沈阳市和平区。

弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟张忠政１　王雷鸣２（１．鞍钢集团矿业公司弓长岭有限公司露采分公司；２．中国瑞林工程技术股份有限公司）摘　要　由于历史原因，弓长岭露天铁矿周边地方小矿点不规范乱采乱挖，导致在独木采区形成了大量的浅层采空区，迫于生产需求，需要对独木采区小北沟空区进行爆破处理。

为了保障牙轮钻设备及人员安全，需要对空区的稳定性进行评价。

考虑到弓长岭露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征，运用ＦＬＡＣ３Ｄ数值计算，开展了小北沟空区静力学计算和空区上方承载牙轮钻机的计算分析。

研究表明：采空区形成后，在顶板处产生的最大压应力值为２ＭＰａ，在顶板处产生的最大拉应力值为０．２５ＭＰａ，产生的压应力和拉应力均不是很大；地表１２个监测点显示，地表最大垂直位移值不超过１０ｍｍ；在地表危险区域１施加牙轮钻机等效载荷，产生最大的垂直位移约为０．５６ｍｍ，在地表危险区域２施加牙轮钻机等效载荷，产生最大的垂直位移约为０．４８ｍｍ，牙轮钻机不会对地表沉降产生明显影响。

关键词　采空区　露天铁矿　数值模拟　地表沉降ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４６０８２．２０２０．０５．０２４ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＳｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｈａｌｌｏｗＧｏａｆｉｎＧｏｎｇｃｈａｎｇｌｉｎｇＯｐｅｎＰｉｔＩｒｏｎＭｉｎｅＺｈａｎｇＺｈｏｎｇｚｈｅｎｇ１　ＷａｎｇＬｅｉｍｉｎｇ２（１．ＥｘｐｏｓｅｄＢｒａｎｃｈ，ＧｏｎｇｃｈａｎｇｌｉｎｇＭｉｎｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＭｉｎｉｎｇＣｏｍｐａｎｙｏｆＡｎｓｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；２．ＣｈｉｎａＮｅｒｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．）Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｄｕｅｔｏｈｉｓｔｏｒｉｃａｌｒｅａｓｏｎｓ，ｉｒｒｅｇｕｌａｒｉｒｒｅｇｕｌａｒｍｉｎｉｎｇａｎｄｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｓｍａｌｌｍｉｎｉｎｇｓｉｔｅｓａｒｏｕｎｄｔｈｅＧｏｎｇｃｈａｎｇｌｉｎｇＯｐｅｎｐｉｔＩｒｏｎＭｉｎｅｈａｖｅｒｅｓｕｌｔｅｄｉｎｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅｒｏｆｓｈａｌｌｏｗｇｏａｆｓｉｎｔｈｅＤｕｍｕｍｉｎｉｎｇａｒｅａ．Ｄｕｅｔｏｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｎｅｅｄｓ，ＸｉａｏｂｅｉｇｏｕｉｎｔｈｅＤｕｍｕｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｔｈｅｅｍｐｔｙａｒｅａｉｓｂｌａｓｔｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｒｏｌｌｅｒｄｒｉｌｌｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｐｅｒｓｏｎｎｅｌ，ｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｅｍｐｔｙａｒｅａｎｅｅｄｓｔｏｂｅｅｖａｌｕａｔｅｄ．ＴａｋｉｎｇｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｓｉｎｔｈｅｇｏａｆｏｆＧｏｎｇｃｈａｎｇｌｉｎｇＯｐｅｎｐｉｔＭｉｎｅ，ＦＬＡＣ３ＤｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｓｔａｔｉｃｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆＸｉａｏｂｅｉｇｏｕｅｍｐｔｙａｒｅａａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒｃｏｎｅｒｉｇａｂｏｖｅｔｈｅｅｍｐｔｙａｒｅａ．Ｓｔｕｄｉｅｓｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅａｔｔｈｅｒｏｏｆａｆｔｅｒｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇｏａｆｉｓ２ＭＰａ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅａｔｔｈｅｒｏｏｆｉｓ０．２５ＭＰａ．Ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅａｎｄｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄａｒｅｎｏｔｖｅｒｙｌａｒｇｅ；Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｏｉｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ１０ｍｍ；ｗｈｅｎｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｌｏａｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌｅｒｃｏｎｅｒｉｇｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄａｎｇｅｒｚｏｎｅ１，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓａｂｏｕｔ０．５６ｍｍ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｖｅｒｔｉｃａｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｉｓａｂｏｕｔ０．４８ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｒｏｌｌｅｒｒｉｇｗｉｌｌｎｏｔｈａｖｅａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｇｏａｆ，Ｏｐｅｎｐｉｔｉｒｏｎｍｉｎｅ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｓｕｒｆａｃｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ在我国多空区矿山的露天开采过程中，随着台阶开采的不断推进，露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄，随时有可能发生采空区顶板坍塌事故，从而危及采场工作人员和大型采掘及运输设备的安全。

采空矿区工业园稳定性数据分析

采空矿区工业园稳定性数据分析摘要井陉矿区为石家庄西部地区重要的经济中心，按石家庄市发展布局要求，市规划设计院对矿区进行了总体规划布局，按城市区、工业区、商业区、商业物流区等分区进行建设。

为此矿区环保局委托石家庄金石地质勘测有限公司对该区域的地表稳定性进行了评价，并表示该矿区地表已基本稳定，建设规划是可行的。

关键词矿区；地层；开采深度；采出厚度；地表稳定性从建设循环经济工业园的目标出发，按照“功能明确、布局科学、资源共享、互相支撑”的原则，井陉矿区按石家庄市发展布局要求，将全区进行了整体规划布局，按城市区、工业区、商业区、商业物流区等分区进行建设。

为此矿区环保局委托石家庄金石地质勘测有限公司对该区域的地表稳定性进行了分析评价。

公司组织有关专家进行了专题论证、并达成共识。

通过对煤矿采掘图与规划的煤化工基地地形图对比，基地所处范围，部分在一矿、二矿、三矿采空区上方与影响带上。

1 矿井基本情况1.1 开采方法及简史井陉矿区多采用立井开拓、走向长臂，垮落式管理顶板的开采方法，由于水文地质条件较复杂，断层较多，工作面之间多被断层隔开，各井田进行了小面开采，一些块段和地质及水文地质报损，回采率较低。

一矿新井井田由1924年开采至1980年结束，已结束29年。

最大开采深度295米，最浅开采深度185米。

地表西高东低，标高315米至305米。

一矿贾庄井田由1974年开采，南部1992年结束，北部1996年结束，分别已结束17年和13年。

地表西高东低，标高340米至324米。

最大开采深度360米，最浅开采深度344米。

二矿北斜井由1975年开采，1987年结束，结束时间已达22年。

地表西高东低，标高310米至300米，最大开采深度200米，最浅开采深度100米。

三矿井田北部由1923年开采，1988年结束，结束时间已达21年之久。

地表西高东低，标高335至325米，最大开采深度365米，最浅开采深度355米。

1.2 煤层及顶底板结构一层煤：煤厚0.8～1.0米，顶板为黑色砂质页岩、底板为灰白色砂质页岩。

缓倾斜矿体采空区稳定性数值模拟研究

面等地质构造，因而得到国内外广泛认可与应
用。
共计２个方案。８
— —
研究中根据矿山空区处理的各典型阶段（未充
收稿日期：２０一Ｏ — １０９８３作者简介：林景（９６，男（族）１７一）汉，福建龙岩人，福建省金宇工程建设有限公司行洛坑项目部副经理，采矿工程师，二级建造师（山类）矿，注册安全工程师，主要从事岩土工程、爆破工程、采矿工程等方面的施工、设计及研究。
系是一组复杂的微分方程组，想用解析方法计算获
得采空区顶板的安全厚度、矿（）柱的几何尺岩
单元总数
５６７１５２１９５１０８
寸、采空区的安全暴露面积等显然是相当困难］。而数值模拟法能够从整体上分析采空区周围岩石的
矿业工程
第８第１卷期
３模拟结果分析
为研究采空区充填前后稳定性的关系，找出合理的采空区处理方案，主要对３ｍ矿房跨度的采６空区无充填、只充填一个空区、充填两个空区和空
１５１４２１９Ｏ７６１２Ｏ４６
３０３３９１
１８ｌｌＯ一】
１２１５１ — １
应力分布规律及变形趋势，从而获得最优近似解。

矿柱回采对采空区稳定性影响数值模拟研究

值模拟，旨在判断矿柱回采对整个采空区稳定性的影响。为矿柱安全回采提供理论依据。
段高５ｍ，０自下而上分为１２３，，三个分段，数值模拟
中依据实际施工顺序进行开挖，采用中深孔凿岩，第分段高度取１ｍ，它两个分段高度取１ｍ，房２其３矿长４ｍ，０矿柱宽８布置天井的一侧为１ｍ）采场宽ｍ（０，
采过程设计先采矿房。经过现场工程地质调查，整个矿区围岩稳固，氏系数ｆ８—１，普＝２节理裂隙不发育，
岩体完整性和连续性较好，水温地质简单。２２模型建立．
本次模拟采用日本软脑株式会社开发的有限元结构应力分析系统３Ｄ一仃，它是支持土木工程设计的数值分析系统，主要用于分析诸如地下或露天采矿、坝、道及斜坡等的力学状态和特性，分析堤隧该系统能按输入的宏观条件自动生成各种有限元数据
维普资讯
８
铜
业
工
程
２ｏ №３０７
文章编号：０９３４（０７０．０８０１０．８２２０）３００．３
矿柱回采对采空区稳定性影响数值模拟研究
秦艳华，晓军。春晖。王钟赵奎
（江西理工大学建筑与测绘工程学院，西赣州３１０）江４００
导意义。关键词：值模拟；全率；柱回采数安矿
中图分类号：Ｄ５．９．Ｔ８３３１１

缓倾斜中厚矿体采空区稳定性数值模拟分析

柱中部为稳定的弹性区，此时矿柱有可能出现部分的
收稿日期：０１— ９— ７２１００
基金项目：国家自然科学基金资助项目（１７０８５１４８）通信作者：万文（９８一，，１６）男湖南衡阳人，博士，教授，研究方向：岩石力学．ｍｉｗｎｅ８６．ｏＥ— ａ：ａｗｎ＠１３（ｒｌ６３ｅ
由于矿体的开采，力重新分布，应矿柱的支承压力
形式如图１示．所
研 ’ Ｈ
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响人们的生活与生产活动；区塌陷产生的气浪会严空
重影响矿山生产甚至造成人员伤亡．于此，鉴采空区稳
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定性研究一直是一个重点，人对空区稳定性做了很前多研究，取得了很多成果，张建等以力学平衡方法也如
与悬空的顶板之间发生相对剪切运动，而导致整体进坍塌．
筒冒型破坏的成因与整体坍塌型的类似，同点不在于其发生在矿柱稳定性较好的条件下，采场覆岩沿
图５采空区分布
Ｆｇ５Ｄｉｔｂｔｎｏｏｆｉ．ｓｉｕｉｆｇａｓｒｏ
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图７各步开采后塑性区分布
Ｆｇ７Ｄｉｔｂｔｎｏｌｓｉｏｅｔｒｅｃｖｔｎｉ．ｓｒｕｉｆｐａｌｚｎｓａｅｘａａｉｓｉｏｃｆｏ
从图７Ｃ得知，（）中部矿柱已经完全形成，时顶此板的暴露面积为３０１，１Ｉ而矿柱所占面积约为６ｌ，Ｔ４Ｉｌ矿柱面积比为２．％，０６此值表明空区有可能发生大面积塌陷．从矿柱塑性区分布方面分析，由于大面积的暴

采空区稳定性分析及安全性判定

力集中，最大拉应力、大压应力值分别为０５其最．，
１９ＭＰａ０．
【下转第９１页）
曾怀灵，：ＭＡＴＬ等ＡＢ在机械优化设计中的应用
ａ— ａｏ（２）（．８（）ｃｓｚ（／０８＊１２＋２８８＊１．Ｏｚ（）３４４）１２）；２＋３９５（／）ｂ— ａａ（ｌｔｎ（１６＋０４＊．９（）／６）１）５７；
监控，在发生险情的第一时间对其进行加固处理。并
表２采空区安全性判定结果
空区编号
图５图６是７空区的矿体开挖后周边的应、３
力场分布情况。由图可知，由于采用空场法开采矿
体后未采取相关措施控制顶底板及周边围岩的岩体
参考文献：
［］孙靖民．１机械优化设计［．Ｍ］北京：机械工业出版社，０３２０．
Ｅ］刘鹤松，２姜晶．于ＭＡＴＬ基ＡＢ算法的机械优化设计［］煤Ｊ．
０８（）一（））（／）．８＊３２＾１２）＊ｚ（）１；
法开采矿体后，由于未对采空区进行及时处理，采空
区的形成扰动了地质体的外部环境，岩中的初始原地应力重新分布转移，区周边围岩及地表岩土层空
本文结合我国西部某矿山的井下开采现状，通

采空区稳定性评估与治理设计

采空区稳定性评估与治理设计采煤工程是矿山开采的重要环节，然而，由于传统的采煤方法通常会导致采空区的形成，采空区的稳定性问题成为矿山安全管理中的重要考虑因素。

本文将围绕采空区的稳定性评估与治理设计展开讨论，旨在帮助矿山管理者和工程师更好地理解和解决采空区带来的安全隐患。

首先，我们将探讨采空区的稳定性评估方法。

稳定性评估是确定采空区是否有坍塌迹象的重要依据，对于及时采取必要的治理措施至关重要。

常见的稳定性评估方法包括野外观测法、物理力学模型试验以及数值模拟分析法。

野外观测法是通过对采空区进行实地观测、测量和数据收集，以获取采空区的变形和运动情况，从而评估其稳定性。

该方法具有直观性和实用性，但受到环境和人力资源的限制。

物理力学模型试验是通过制作具有相似几何尺寸的采空区模型，模拟采空区中的力学行为，进行研究和测试的方法。

该方法可以更好地控制实验条件，获得定量的力学参数，但需要较高的实验设备和专业知识。

数值模拟分析法是利用计算机数值模拟软件，根据采空区的几何形状、工作面推进、岩石力学特性等参数，建立数学模型，模拟采空区的稳定性行为。

该方法能够快速、准确地预测采空区的变形和破裂情况，是目前较为常用的评估方法之一。

接下来，我们将探讨采空区的治理设计。

采空区治理设计是指根据采空区的特点和固定原理，设计和实施合适的治理措施，以保证采空区的稳定和矿山的安全。

常见的治理设计措施包括采空区充填、采空区支护和地表覆盖等。

采空区充填是将废弃物、填埋材料等充填到采空区以填补空洞，提高地面的支撑性和稳定性。

充填材料可以是矿山废石、尾矿、糟朦胶凝土等，具有较好的支撑和保护作用。

采空区支护是通过在采空区上部设置支护体系，以增加采空区的强度和稳定性。

常见的采空区支护措施包括钢支撑、锚杆喷射混凝土支护、岩锚网等，能够有效地提高采空区的承载能力和抗震能力。

地表覆盖是在采空区上方设置适当的土体层或人工结构，以分担上方地表荷载，减少采空区形成的影响。