铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟

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煤矿采空区在数值模拟中的处理方法

煤矿采空区在数值模拟中的处理方法刘志河,马其华,曹建军(山东科技大学资源与环境工程学院,山东青岛266510)[摘要] 针对一般条件下的采空区,依据直接顶冒落和基本顶沉降的状况,将其划分为3个区域。

通过现场观测得出的冒高经验公式和顶板冒落的碎胀值,在数值模拟中,作相应转化,划分出相应的区域,不同的区域采用不同的处理方式,使采空区更加接近现场条件。

[关键词] 采空区;数值模拟;模拟方法[中图分类号]O 241[文献标识码]A[文章编号]1006 6225(2005)06 0004 02A Si m ulativeM ethod of Gob in Nu m erical Si m ulationLI U Zhi he ,MA Q i hua ,C AO Jian j u n(Res ource&Environm ental Engi n eeri ng C ollege ,Shandong Un i versit y of Science &Techn ol ogy ,Q i ngdao 266510,C h i na)Abstrac t :B ased on the cond ition o f i m m ed i a te roo f fa lli ng and ma i n roof settle m en t ,directed t ow ard genera l cond ition ,the gob is d i v i ded into three areas .In nu m erical s i m u l ation ,correspond i ng d i v isi on i s done according to e m pir i ca l equation o f f a lli ng h i gh and the va l ue o f crack and s we lli ng .D ifferente process i ng m odes are adopted i n differente areas so that the gob is c l o ser to rea l conditi on .K ey word s :gob ;nu m erical s i m u l ation ;si m ulati ve m ethod[收稿日期]2005-07-18[作者简介]刘志河(1980-),男,河北邯郸人,采矿工程专业硕士研究生,从事矿山压力与岩层控制方面的研究。

某矿采空区稳定性数值模拟研究

Science and Technology & Innovation ┃科技与创新・15・文章编号：2095－6835（2016）24－0015－03某矿采空区稳定性数值模拟研究刘浩1，吴倩茹2，徐力勇3（1.江西理工大学资源与环境工程学院，江西赣州 341000；2.江西理工大学文法学院，江西赣州 341000；3.江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 341000）摘要：某多金属矿经过多年的开采，已形成大量采空区，地压显现明显。

拟采用三维建模、数值模拟等研究手段，构建矿山三维空间立体模型，并对采空区的稳定性进行数值模拟研究，对矿山进行技术指导。

关键词：采空区；三维建模；数值模拟；地表模型中图分类号：TD327 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2016.24.015 某多金属矿经过多年的开采，已形成大量采空区，地压显现明显，新采空区大量增加，部分老采空区也有扩帮，并且部分新增空区与老空区相互贯通，在开采过程中未及时对采空区进行处理，严重威胁着井下的生产作业安全。

针对矿山开采遗留大量采空区，地压显现明显的问题，本文拟采用三维建模、数值模拟等研究手段，利用SURPAC 软件构建矿山三维空间立体模型，包括地表部分模型和地下部分模型，并采用FLAC3D 数值计算软件对某矿采空区的稳定性进行了数值模拟研究，对矿山进行技术指导。

本研究对保障矿山采矿作业安全，提高矿山经济效益都具有重要的意义。

1 采空区立体模型的建立 1.1 建模说明构建矿山三维空间立体模型主要包括2部分的模型，即地表部分模型和地下部分模型。

地表部分构建出地表地形、各种建筑物、盘山道路等模型，地下部分构建出斜坡道、巷道、空区等模型。

本次建模均采用矿山提供的CAD 图纸资料。

1.1.1 采空区建模本次采空区建模以－100 m 中段77～79线之间的77-6#空区为例，实测采场最高高度为13 m 。

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］。

采空区顶板冒落数值模拟模型边界尺寸确定及冒落规律

第３２卷第６期２０１３年１２月
河南理工大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＨＥＮＡＮＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬＳＣＩＥＮＣＥ）
Ｖｏ１．３２ＮＯ．６Ｄｅｃ．２Ｏ１３
ｐａｒｅｓｔｈｅｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｒｏｏｆｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｕｐｐｅｒｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｎｄｌａｔｅｒａｌｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ，ａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｂｏｕｎｄａｒｙｓｉｚｅｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙ
程学院，河南焦作４５４０００）
摘要：结合赵庄煤矿综采工作面顶底板岩层性质，在通用离散元软件ＵＤＥＣ中建立物理模型，
对比了不同上边界、侧向边界尺寸模型数值模拟结果中老顶的下沉量，确定了为消除边界效应
采空区顶板冒落数值模拟模型边界尺寸确定及冒落规律
高建良，靳晓敏，杨明
（１．河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室 —— 省部共建国家重点实验室培育基地，河南焦作４５４０００；２．河南理工大学安全科学与工

采空区顶板冒落数值模拟模型边界尺寸确定及冒落规律

采空区顶板冒落数值模拟模型边界尺寸确定及冒落规律高建良;靳晓敏;杨明【摘要】结合赵庄煤矿综采工作面顶底板岩层性质,在通用离散元软件UDEC中建立物理模型,对比了不同上边界、侧向边界尺寸模型数值模拟结果中老顶的下沉量,确定了为消除边界效应所需的模型边界.结果显示,模型上边界尺寸大于70 m,侧向边界尺寸大于100 m时,才能得到可靠的模拟结果.得到了不同工作面推进距离条件下的老顶冒落下沉规律,当推进距离大于300 m后,老顶沿推进方向在采空区中部最大下沉量不变;从采空区边界处开始随向采空区内部深入中粒砂岩下沉量逐渐增加,在距离采空区边界100 m左右增加至最大值2.70 m;随着距工作面距离增加,老顶中粒砂岩下沉量呈线性增加,在工作面后方120 m位置处下沉量达最大值2.70 m.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(032)006【总页数】4页(P677-680)【关键词】模型边界尺寸;老顶;顶板冒落;数值模拟【作者】高建良;靳晓敏;杨明【作者单位】河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室——省部共建国家重点实验室培育基地,河南焦作454000;河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作454000【正文语种】中文【中图分类】TD315.30 引言煤层开采后形成采空区，工作面向采空区漏风形成流场，易产生瓦斯积聚与遗煤自燃.对采空区顶板冒落规律的研究，可为冒落岩石碎胀特性的分析提供依据.对采空区岩层移动规律的研究方法分为:理论研究、相似材料模拟及数值模拟、矿压观测［1］.煤层开采后形成采空区，上覆岩层应力重新分布，在一定范围内产生竖直、水平方向移动，当位移满足岩体屈服条件时，岩体发生断裂、破碎，形成冒落带、导水裂隙带、弯曲带［2］.当模拟煤层顶板冒落规律时，由于计算内存与时间有限，需选取有限范围的对象进行研究.将物理模型的侧向、底部边界单元设置为固定位移边界，位移一般设置为0.如果模型侧边界距离采空区边界距离L比较近，模型侧边界会受到采动影响产生位移，此时，如果设置为固定位移边界，将侧边界位移设定为0，模拟解算结果会有较大误差，只有当L超过采动影响范围，才能得到可靠的模拟结果.顶板上覆岩层在数值模拟时一般只取一定的厚度H的岩石，在该边界施加均匀分布的应力，等效于模型顶部单元上覆岩层原岩应力.上覆岩层在一定高度范围内，应力分布与原岩应力差别较大［3-4］，故模型上边界应距离煤层足够远，使应力边界条件接近于岩层应力分布，减小上边界效应对结果的影响.如果H距离开采煤层比较近会受到采动影响，该高度上覆岩层的应力并非均匀分布，从而也会给模拟结果带来误差.所以在数值模拟采空区冒落规律时，必须首先确定合理的边界尺寸.已有的研究结果［5-7］表明，主关键层下部或导水裂隙带内部岩层发生破坏，应力分布与原岩应力不同，难以简化为均布载荷，模型上边界应取在主关键层或导水裂隙带以上，以减小上边界效应对结果的影响.陈晓祥研究得出:模型的左右边界应取在岩层移动角范围之外［8］.然而，岩层移动角不为定值，与采深等因素存在复杂的非线性关系［9］，难以通过理论计算确定模型边界尺寸.本文利用通用离散元软件UDEC，结合赵庄煤矿工作面顶底板岩层性质，建立物理模型，通过对比数值模拟结果确定了可以忽略边界效应，合理的模型边界尺寸.考虑合理的边界尺寸对采动岩层数值模拟，研究得出沿推进方向老顶中粒砂岩下沉量分布规律.1 模型合理边界尺寸的确定1.1 概况赵庄煤矿3304综采工作面开采二叠系下统山西组3号煤层，采用一次采全高法开采，顶板管理为全部垮落法.煤层厚度为4.25～4.88 m，平均为4.70 m，围岩结构简单，将岩层适当合并，得到煤层顶底板岩层厚度分布:底板从上至下由山西组下部 K7砂岩，即细粒砂岩(4.2 m)、砂岩(3.0 m)、粉砂岩(2.1 m)组成，模型下边界取至下部太原组岩层;顶板由直接顶泥岩～砂质泥岩(4.8 m)、K 砂岩 (9.0 m)，细～中粒砂岩(18.4 m)组成，老顶中粒砂岩厚5.0 m，距煤层顶板21.2 m.定义材料破坏遵循 Mohr-Coulomb准则，依据赵庄煤矿地勘报告，对岩体工程质量分级，计算出3号煤层顶底板岩块、节理力学参数，如表1和表2所示.1.2 模型上边界的确定图1所示，坐标系x轴为水平方向，y轴为垂直方向.分别建立沿x轴方向范围为0～300 m，煤层顶板距模型上边界距离H为30，50，70，90 m的4组模型.由于底板相对于顶板发生位移较小，根据底板影响范围计算公式确定模型下边界距离煤层底板距离为45.3 m.对岩层岩体进行块体、单元划分，赋予力学参数以及相同的侧向应力边界条件.3304工作面煤层埋深429 m，不同模型上边界至地表距离分别为 399，379，359，339 m，根据岩石平均密度，在不同模型的上边界施加竖直方向应力为 9.975106，9.475106，8.975106，8.475106 Pa.在不同上边界尺寸模型在4组上边界距离不同模型中，在模型中部开挖3号煤层40 m，范围为130 m＜x＜170 m.在运算结果中提取距离煤层顶部高度为21.6 m的老顶中粒砂岩下部单元(y=71.6 m)，在100 m＜x＜200 m范围内，平均分布的21个点的下沉量.表1 煤层顶底板岩块力学参数试验结果Tab.1 Results of mechanic tests of rock in coal seam roof and floor岩石名称密度/(kg·m－3) 体积模量/GPa 剪切模量/GPa 抗拉强度/MPa 黏聚力/MPa 内摩擦角/(°)2230 28.3 13.8 1.54 9.5 30.0砂质泥岩 2400 28.3 13.8 1.12 6.3 31.03 号煤层 1380 17.9 11.3 0.43 3.0 14.8泥岩 2200 25.6 23.0 0.32 5.0 26.3细粒砂岩 2520 29.9 17.1 1.35 10.9 27.6中粒砂岩砂岩2540 28.3 13.8 1.23 12.6 32.0表2 煤层顶底板岩块间节理力学参数Tab.2 Joint mechanical parameters between rocks in coal seam roof and floor9.0 8.1 25 1.2 0砂质泥岩 6.6 7.1 23 1.2 03 号煤层 5.5 5.9 14 0.8 0泥岩 6.6 7.1 15 1.0 0细粒砂岩 8.4 8.1 25 1.5 0中粒砂岩/MPa砂岩岩石名称法向刚度/GPa 切向刚度/GPa 内摩擦角/(°) 黏聚力/MPa 抗拉强度8.4 8.1 30 1.6 0如图2所示，模型上边界距煤层为30 m时，数值模拟老顶下沉量为4.70 m，当上边界到煤层距离为50 m时，中粒砂岩下沉量为2.1 m.在上边界距离增加至70，90 m时，中粒砂岩数值模拟下沉量为 0.54，0.51 m，结果差别较小.上边界距离为50 m模型顶板高度虽然大于理论计算导水裂隙带高度46.32 m，数值模拟结果仍与上边界距离为70，90 m的模型差别较大.因此，较合理的上边界尺寸应设置足够大，以减小应力平均分布与受采动影响应力分布间的差异，使数值计算误差控制在可接受范围.研究表明，当模型上边界距煤层距离为30 m或50 m时，模拟结果中老顶下沉量差别较大.当该距离大于70 m时，数值模拟结果差别较小，上边界效应可以忽略不计.因此，在对赵庄煤矿数值模拟研究中，模型中上边界尺寸应大于70 m，以减小边界效应对结果的影响.1.3 模型侧向边界的确定由于岩层移动角不易确定，上覆岩层左右两侧影响范围难以准确判断.如图3所示，模型上、下边界距离煤层分别为70，45.3 m;在模型中部开挖3号煤层40 m，采空区沿x轴方向范围为－20 m＜x＜20 m，侧向边界距采空区距离L分别为50，75，100，125 m.设置相同的边界条件，模拟得到顶板不同层位岩层移动.在运算结果中提取老顶中粒砂岩底部单元(y=71.6 m)，在－50 m＜x＜50 m范围内，平均分布的21个点的下沉量分布如图4所示.由图4可见，模型侧向边界距采空区为50 m时，数值模拟中粒砂岩最大下沉量为0.22 m，当侧向边界到采空区距离增加至75 m时，中粒砂岩最大下沉量为0.36 m，与模型侧向边界距煤柱为50m时的模拟结果差别很大.当侧向边界到采空区距离为100 m和125 m时的数值模拟结果分别为0.47 m和0.49 m，两者非常接近.因此，对于赵庄煤矿工作面物理模型，模型侧向边界尺寸应大于100 m，边界效应对计算结果的影响可以忽略.2 顶板下沉规律如图1所示物理模型，边界尺寸:上边界距离煤层70 m，侧向边界距离煤柱100 m.以模型左下角O为原点，自x0=100 m处对3号煤层自左向右逐次开挖，工作面位于采空区的右端.在推进至x=400 m，x=500 m，x=600 m，x=700 m(推进距离分别为 300，400，500，600 m)时，从计算结果中提取的老顶中粒砂岩底部单元下沉量分布见图5.由图5可见，数值模拟结果得出，推进至x=400 m处时，中粒砂岩最大下沉量达2.70 m，当推进至x=400 m，x=500 m，x=600 m处最大下沉量不变.当推进距离大于300 m时，从采空区边界x=100 m处开始随向采空区内部深入中粒砂岩下沉量逐渐增加，在距离采空区边界100 m左右增加至最大值2.70 m.从工作面向采空区方向.随着距工作面距离增加，老顶中粒砂岩下沉量大致呈呈线性增加，在工作面后方120 m位置处下沉量达最大值2.70 m;中粒砂岩在采空区两端达最大下沉量后，沿x轴方向在采空区中部保持最大下沉量不变.3 结论(1)在岩石力学数值模拟中，随模型边界尺寸的不断增加，边界效应对计算结果的影响逐渐减小至可以忽略不计.研究得出在对赵庄煤矿工作面采空区数值模拟时的合理边界尺寸:当模型上边界尺寸大于70 m，侧向边界尺寸大于100 m时，才能得到可靠的模拟结果.(2)通过数值模拟得到赵庄煤矿煤层开采后顶板下沉规律.研究表明，采空区上覆岩层沿推进方向上，两侧受到煤壁支撑，覆岩由采空区边缘至中部逐渐下沉，在中部下沉量保持不变.当推进距离大于300 m后，老顶沿推进方向在采空区中部最大下沉量不变;从采空区边界处开始随向采空区内部深入老顶下沉量逐渐增加，在距离采空区边界100 m左右增加至最大值2.70 m;随着距工作面距离增加，老顶下沉量呈线性增加，在工作面后方120 m位置处下沉量达最大值2.70 m.参考文献:［1］钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003:173-185.［2］郭文兵，柴华彬.煤矿开采损害与保护［M］.北京:煤炭工业出版社，2008:1-15.［3］钱鸣高，缪协兴，许家林.岩层控制中的关键层理论研究［J］.煤炭学报，1996，21(3):225-230.［4］钱鸣高，茅献彪，缪协兴.采场覆岩关键层载荷变化规律［J］.煤炭学报，1998，23(2):135-139.［5］许家林，钱鸣高，马文顶.岩层移动模拟研究中加载问题的探讨［J］.中国矿业大学学报:自然科学版，2001，30(3):252-255.［6］谢文兵，陈晓祥，郑再生.采矿工程问题数值模拟研究与分析［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2005:36-54.［7］陈晓祥，韦四江.采矿工程数值模拟研究中上部边界条件确定的探讨［J］.河南理工大学学报:自然科学版，2008，27(3):272-277.［8］陈晓祥，谢文兵.采矿过程数值模拟模型左右边界的确定研究［J］.煤炭科学技术，2007，35(4):96-99.［9］朱刘娟，陈俊杰，邹友峰.深部开采条件下岩层移动角确定研究［J］.煤炭工程，2006，45(3):45-47.。

基于FLAC^(3D)的采场结构参数优选及支护措施

。若继续沿用该采矿方法，矿山生存环境将变
行一定程度的扩展延伸，根据影响范围在采空区尺
得异常艰难，同时，显著的地压问题对矿山的安全生
寸 3~5 倍的距离，模型实际尺寸为 700 m×160 m×
产也带来极大威胁［3-5］。所以，矿山计划由崩落采矿
1 000 m（长×宽×高）。
法转为充填法进行开采。需要对采场主要结构参数
MPa；并在二步骤回采前，在采场的上盘（端部）、顶部
进行预控顶回采，并用高强度充填体（3 MPa）充填。
对顶板完成支护后，再对二步骤采场进行整体崩落
开采。模拟时，采场长为矿体厚度（50~70 m），矿房
宽度初步设置 10，12.5，15 m 3 种。首先以采场宽度
12.5 m 来进行分析，随后根据 12.5 m 方案的模拟结果
哲等：基于 FLAC3d 的采场结构参数优选及支护措施
2021 年 4 月第 4 期
根据模拟方案的分析比较，15 m 相对于 12.5 m
分矿体本身为多孔状、蜂窝状疏松结构，矿区矿体分
方案无论是拉、剪应力值，应力集中区域，还是塑性
布于接触带内，矿石分块状、蜂窝状及粉状，矿体围
区分布范围，均出现了较明显的增长，该方案有一定
了适当折减，见表 1。
粉状矿石均为Ⅴ级［6-9］。
矿体埋藏深，厚度大，倾角变化大，矿石品位高。
当前采用无底柱分段崩落法开采，存在矿石损失贫
化大、支护成本高的特点，迫切需要向充填法转
变［10］。因此，充填采矿方法的选择与结构参数优化
成为项目的关键。
2
数值模拟方案
2. 1
土厚度 100 mm，厚度根据围岩情况适当调整。主要

采空区问题的数值模拟方法

水对采空区岩石的作用主要体现在 2 个方面，一是地下水的化学侵蚀作用和弱化作用; 二是地下水对岩石的静水压力和动水压力。岩石对地下水的作用是通过改变岩石内应力状态来改变岩体的结构，从而改变裂隙的空隙度和压缩系数，使得地下水
分析·探讨
( 2012 － 12)
·195·
的渗流发生变化。特别在采动影响下这 2 种力叠加作用的结果可能使岩体引起劈裂扩展、剪切变形和位移，增加岩体中结构面的空隙度和连通性，从而增强了岩体的渗透性能。
在对采空区进行模拟时首先要了解采空区的结构特征，一般情况下采空区覆岩呈“三带 ”分布，自上而下为弯曲带、裂隙带、垮落带，弯曲带较为完整，裂隙带存在一定的横向、纵向裂缝以及少量离层，结构不稳定，垮落带由冒落顶板岩石、残余支护物、遗煤构成，空隙较大，最不稳定。在初期建立模型时应根据经验结合工程实测、室内试验确定各层的地质
采空区的活化因素可分为内在影响因素和外在影响因素，内在影响因素主要有采煤方法、顶板管理方法、采空区尺寸、覆岩岩性、采深、采厚、开采时间等; 影响采空区活化的外在因素主要有地面建筑物荷载、地下水和风化作用、邻区开采、地震作用等，在有的矿区，遗煤自燃问题也是影响采空区稳定性的重要因素之一。 1． 2 模拟中所涉及到的问题
Numerical Simulation Method Analysis for Goaf Problem
LI Xue － liang ( Tangshan Research Institute，China Coal Technology and Engineering Group Corp，Tangshan 063012，China) Abstract: The problem of further use for goaf involves in more factors，It is a very difficult subject． Proved by theoretical analysis and practice research，it is obtained that numerical simulation has advantages such as accurate and visual for the solve of goaf problem． The article concludes and analyzes the commonly used numerical simulation method and makes further analysis on their respective principles and applicability． Combined with FLAC3D software，mining foundation water － rock coupled problem is anlyzed as an example． Key words: goaf; simulation method; applicability; example of water stress coupling

采空区顶板安全厚度预警预报系统研究与开发

主画面能够显示区域内所有未销毁空区的厚度值，鼠标移到柱状图上后，示空区各部分的厚度。显分别用绿色、黄色、色显示空区的安全状态、告红警
面菜单项，可以进行相关操作：进入空区详细信并 ①
ｔｉｌｔｈｏｙＵｓｄｉａｈｏｅ，ａｓｔｏｒｄｃｉｎａｄｆｒｗａｎｎｇｓｓｅｏｏｆｓｆｏｆｔｃｈｎｐａｅｔｅｒ．ｅｔｓｔｅｃｒｅｆｐｅｉｔｏｎｏｅｒｉｙｔｍｆｇａａｅｒｏｈｉｋ—
场实际需要，用面向对象编程思想，用Ｆｅ术，采使ｌｘ技开发了一套采空区顶板安全厚度预警预报系
统。该系统实现了空区信息的搜集和录入，完成了空区信息的整理以及维护，直观显示空区详细信
息，能重点分析空区的危险程度且能及时报警。该系统在某矿山采空区的预警预报中取得了很并
ｅｆｃｓｉｒｄｃｉｎａｏｅｒｉｇｏｎｏｆｆｅｔｎｐｅｉｔｎｄｆｒｗａｎｎｆａｍｉｅｇａ．ｏＫｅｙｗｏｄＧｏｆａｅｒｏｈｃｎｓ，Ｐｒｄｃｉｎａｄｆｒｗａｉｒｓａ，Ｓｆｏｆｔｉｋｅｓｅｉｔｏｎｏｅｒｎｇ，ＲＩｎＡ
Ｆｌｘｔｃｎｌｇｅｅｈｏｏｙ．Ｃｏｌｃｉｎｎｎｕｆｇａｎｏｍａｉｎａｅｒａｉｅｎｔｉｙｔｍ，ａｒｎｇｍｅｔｎｌｔａｄｉｐｔｏｏｆｉｆｒｔｏｒｅｌｚｄｉｈｓｓｓｅｅｏｒａｅｎａｄｍａｎｅａｃｆｇａｎｏａｉｎａｅｃｍｐｌｔｄ，ｗｈｉｈｃｕｄｄｓｌｙｇａｅａｌｄｉｆｒａｉｎｖｓｌｙ，ｉｔｎｎｅｏｏｌｉｆｒｔｏｒｏｍｅｅｃｏｌｉｐａｏｆｄｔｉｎｏｅｍｔｏｉｕａｌ

某铁矿采空区稳定性及处理数值模拟

６ｍ。为防止采空区破坏以突然崩塌的形式出现的数据，在此基础上采用相应的方法对其稳定性进行分析和评价并提出处理方案，以确保生产安全。
２．３边界条件及屈服条件确定考虑到采空区对围岩的影响范围，在设置边界
矿岩物理力学参数见表１。
表１岩石力学参数
岩石名称／ｋ容重
Ｎ／ｍ
／ＭＰａ
羹蠡
／ＭＰａ
内聚力
／ＭＰａ
筹／Ｍ鐾Ｐａ
顶板标高为１７４ｍ，如果原露天采场的最低位置正
好处于采空区上部，那么采空区的最小顶板厚度约
关键词采空区稳定性数值模拟ＦＬＡＣ。
某铁矿正处于露天转地下开采的过渡期， Ⅱ 矿
带１０４ｍ水平以上已形成长约４００ｍ、宽约２０ｍ、高５０～７５ｍ、体积５０余万ｍ的采空区；１０４～５６ｍ的８～１４采场现已回采完毕，采空区体积约１５万ｍ，
目前采空区总体积为６５万Ｉｌｌ。至４４ｍ水平以上
算模型的几何尺寸应取２８０ｍ× ２６０ｍ×１４０ｍ。该模型地貌较复杂，且空区顶板距离地表较浅，无法忽
略地表形态对空区受力分析的影响，因此在建模时
应参照实测的地表等高线图来建立模型。

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。

济南市某铁矿采空区影响范围数值模拟

199Vo1.16 No.02 June, 2021/第16卷第2期 2021年6月doi:10.3969/j.issn.1007-1903.2021.02.012Numerical simulation of influence range for mined-out area in iron mine,Jinan CityLI Zhuodong 1, ZHAO Zhenhua 2,3, Y UAN Hui 2, GAO Kuifeng 2, ZHANG Lanxin 2,WANG Lin 2, LI Haitao 2, DU Jinliang 2, WANG Y an 1(1. China University of Mining and Technology, School of Resources and Geosciences, Jiangsu Xuzhou 221116, China; 2. 801 Hydrogeological Engineering Geological Brigade of Shandong Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration andDevelopment, Jinan 250014, China;3. Shandong Groundwater Environmental Protection and Remediation Engineering Technology Research Center, Jinan 250014, China) Abstract: It is of great significance to conduct goaf stability analysis near schools, shopping malls and other buildings. Taking a goaf in Jinan as an example, this paper conducts numerical simulation analysis on the stability of the goaf based on FLAC 3D numerical simulation program, obtains the distribution rules of stress and displacement of the goaf after iron ore mining, and determines a serious surface subsidence area with a length of 65 m above it. The simulation results are basically consistent with that of the empirical formula calculation, which proves that the scheme is reasonable and accurate, and can be referred to and combined with the numerical simulation program in the stability analysis and evaluation of goaf.Keywords: Iron mine;mined-out area;numerical modeling;geological disasters;surface collapse济南市某铁矿采空区影响范围数值模拟李作栋1，赵振华2，3，袁辉2，高奎锋2，张兰新2，王琳2，李海涛2，杜金亮2，王妍1（1.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州 221116；2.山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东济南 250014；3.山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心，山东济南 250014）摘要：以济南某采空区为例，基于FLAC 3D 数值模拟程序对采空区的稳定性进行数值模拟分析，获得了铁矿开采后采空区的应力及位移分布规律，在采空区上方确定了一个长为65 m 的地表沉降严重区。

地下铁矿开采三维SURPAC建模与采矿过程稳定性数值分析

采矿过程稳定性优化建议
优化采矿方案：选择合适的采矿方法，如爆破、机械开采等，以提高采矿效率和稳定性。
加强地质监测：对地下矿体进行实时监测，及时发现地质变化，采取相应措施。
提高采矿设备性能：选用高性能采矿设备，提高采矿效率和稳定性。
加强安全管理：制定严格的安全管理制度，提高员工安全意识，确保采矿过程的安全。
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降低采矿风险：通过三维 S U R PA C 模型与采矿过程稳定性数值分析的结合，可以更准确地预测采矿过程中的风险，从而降低采矿风险。
降低采矿成本：通过三维 S U R PA C 模型与采矿过程稳定性数值分析的结合，可以更准确地预测采矿过程中的成本，从而降低采矿成本。
全性于三维SURPAC软件进行建模模型验证：通过实地测量和模拟结果对比进行验证精度评估：根据误差分析结果评估模型精度模型优化：根据验证结果对模型进行优化和改进
模型应用场景
地下铁矿开采三维 S U R PA C 建模可以用于模拟地下铁矿的开采过程，预测开采效果。可以用于优化开采方案，提高开采效率和资源利用率。
稳定性分析：通过数值分析，评估采矿过程的稳定性
案例结果：成功实施 S U R PA C 建模与采矿过程稳定性数值分析，提高了采矿效率和安全性。
案例总结与启示
案例背景：某地下铁矿开采项目
应用SURPAC建模：建立三维模型，模拟采矿过程
稳定性分析：通过数值分析，评估采矿过程的稳定性
案例启示：SURPAC建模与稳定性分析在采矿工程中的重要性，以及如何提高采矿过程的安全性和效率。

基于高密度电阻率法的露天铁矿隐伏采空区顶板完整性数值模拟研究

鉴于已有研究成果显示电阻率的变化可以反映岩土体的裂隙发育程度，而裂隙的发育程度又是评价隐伏采空区顶板完整性的主要指标。基于此，考虑到电阻率法在露天铁矿隐伏采空区顶板完整性评价方面是一个研究空白，本文则采用成熟的数值模拟方法来研究基于高密度电阻率法的露天铁矿隐伏采空区顶板完整性评价研究，以实现对隐伏采空区顶板完整性的无损探测评价。
其中，K 为装置系数。
（ 1-1）
收稿日期：2021-04 作者简介：王润，男，生于 1988 年，汉族，辽宁鞍山人，硕士，采矿工程师，研究方向：金属矿山安全开采。
2 露天铁矿隐伏采空区顶板不同完整性程度下的数值模型构建
对于不同完整程度下的露天铁矿采空区顶板数值模型构建，选择鞍本地区典型 BIF 型露天铁矿内的充气型采空区为例进行研究。充气型采空区一般位于潜水面以上，其内空间充满空气，对外显示明显的高电阻率。对于此类采空区，周围主要为磁铁矿体，电阻率主体可设置为 2000Ω·m，其内充填的空气其电阻率
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可以设置为 100000Ω·m，而对于其中的裂缝，考虑到实际情况可以设置为 5000Ω·m。具体对于采空区模型大小，依据实测情况和二维数值模拟需要，数值模型采空区的长度为 10m，采空区厚度为 10m，采空区顶板厚度为 10m。
C 计算机自动化 omputer automation
基于高密度电阻率法的露天铁矿隐伏采空区顶板完整性数值模拟研究
王润，段金刚，曹洋，吴恩泽
（鞍钢集团矿业有限公司齐大山分公司，辽宁鞍山 114000）
摘要：针对露天铁矿隐伏采空区顶板完整性程度评价技术难题，本文以鞍本地区典型 BIF 型露天铁矿充气型采空区顶板为研

采空区顶板安全厚度预警预报系统研究与开发

采空区顶板安全厚度预警预报系统研究与开发
李超亮
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2012(000)007
【摘要】基于薄板理论,提出一种新的采空区顶板临界厚度计算公式.并以此为核心,结合现场实际需要,采用面向对象编程思想,使用Flex技术,开发了一套采空区顶板安全厚度预警预报系统.该系统实现了空区信息的搜集和录入,完成了空区信息的整理以及维护,直观显示空区详细信息,并能重点分析空区的危险程度且能及时报警.该系统在某矿山采空区的预警预报中取得了很好的效果.
【总页数】5页(P16-20)
【作者】李超亮
【作者单位】鞍钢集团矿业公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于能量法的露天开采下采空区顶板安全厚度研究 [J], 李玉飞;叶义成;胡南燕;胡盛栋;罗斌玉;元宙昊
2.露天矿井采采空区安全顶板厚度及地表危险性分区研究 [J], 丁鑫品;李凤明;李宏艳
3.硬质黏土层顶板的铝土矿采空区护顶层安全厚度 [J], 姜立春; 杨超
4.露天煤矿巷柱式地下采空区安全顶板厚度估算方法研究 [J], 王志鹏
5.基于突变理论的采空区顶板安全厚度多因素预测模型 [J], 尚向凡;苗胜军;于兆新;罗立民
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地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究

地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究
艾显恒;谢建兵;朱和玲
【期刊名称】《采矿技术》
【年(卷),期】2009(009)002
【摘要】首先用结构力学解析法计算对顶板沉降量,估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围;然后运用FLAC3D软件建立了开采环境再造采场数值模型,并对不同厚度顶板进行模拟计算,揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律.模拟结果得出,顶板厚度是6 m时的最大沉降量为6.376 cm,可满足矿山安全要求;同时,兼顾顶板施工工艺、构筑成本,得出顶板的最小安全厚度宜取6 m.研究结果对指导采矿设计具有重要意义.
【总页数】3页(P30-32)
【作者】艾显恒;谢建兵;朱和玲
【作者单位】云南驰宏锌锗股份有限公司,云南,曲靖市,655000;金诚信矿业建设集团有限公司,北京,100089;中南大学,湖南,长沙,410083;中南大学,湖南,长沙,410083【正文语种】中文
【中图分类】TD8
【相关文献】
1.地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究 [J], 艾显恒;谢建兵;朱和玲
2.大采高放顶煤采场应力的数值模拟研究 [J], 吕建功
3.大采高放顶煤采场应力的数值模拟研究 [J], 高宏
4.李村煤矿大采高采场覆岩运动规律数值模拟研究 [J], 申海生
5.大采高采场顶板运移破断特征的数值模拟研究 [J], 高士敬
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某矿复杂采空区顶板稳定性数值模拟与监测

某矿复杂采空区顶板稳定性数值模拟与监测张鑫【摘要】为了研究某矿山复杂较大采空区顶板的稳定性,寻找治理办法,收集了空区相关数据并进行整理,运用surpac建立三维模型,通过FLAC3D进行数值模拟计算,结果表明,空区正上方沉降量最大且呈凹陷状,无论水平方向还是垂直方向,监测点距空区越远则沉降量越小;在矿区较大采空区的邻近围岩布设了多点位移计进行监测,监测数据与数值模拟结果相吻合,空区顶板稳定,不受破坏,结果为矿区安全生产提供了依据.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】3页(P232-233,246)【关键词】空区顶板;沉降;稳定性;数值模型;多点位移计【作者】张鑫【作者单位】江西国泰五洲爆破工程有限公司;江西省爆破工程技术研究中心【正文语种】中文采空区的稳定性对矿山的安全生产有着显著影响，确保采空区的稳定是安全正常生产的必要保障，而顶板冒落是空区失稳的重要体现之一。

顶板大面积冒落会影响地下生产的安全，严重时导致地表开裂和下沉，破坏地面环境[1-2]。

一贯使用数值模拟方法建立的力学模型[3-4]简化比较多，与空区真实形态往往有些偏差；同时计算结果较为单一，难以直观的反映空区顶板沉降的变化规律[5-6]。

借助Surpac 构建的空区实体模型及块体模型，可以真实反映空区形态[7]；结合FLAC3D对空区力学模型进行计算[8-10]；最后利用Surfer处理结果，得到顶板沉降三维线框图[11]；对剖面从水平及垂直方向直观形象地反映顶板沉降后的形态、沉降变化规律等情况，结果对矿山制定空区处理措施及安全生产计划具有一定的指导意义。

1 工程概况某矿区矿体围岩主要为花岗岩，采空区顶板一定范围内断裂发育、未胶结或胶结不紧密，并存在着厚度不均匀的软弱夹层，大部分分布在空区的+120，+145 m中段，这两个中段采空区体积合计为57 618 m3，占全部采空区体积的55.64%(图1)。

铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟

铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟李超亮【摘要】介绍了当前空区顶板安全厚度的研究现状,以齐大山铁矿为背景,利用.FLAC3D和RFPA软件分别对地下隐伏采空区在载荷作用下的顶板稳定性进行分析,模拟了载荷作用下的顶板安全厚度与跨度之间的关系.计算结果显示:齐大山铁矿顶板的安全厚度与地下空区的跨度近似呈线性关系,实际工程中应以顶板最小厚度1.3倍的安全系数考虑.为推断齐大山铁矿顶板矿柱的安全性提供了理论指导.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】5页(P28-31,43)【关键词】采空区;FLAC3D;RFPA;数值模拟;顶板安全厚度【作者】李超亮【作者单位】鞍钢集团矿业公司【正文语种】中文齐大山铁矿是鞍钢集团铁矿石的主要原料生产基地之一，开采历史悠久，是一个规模巨大的鞍山式沉积变质铁矿床，20世纪日伪时期和50年代曾采用地采对其富矿进行开采，在不同的标高水平形成各式各样的地下空区，分布于齐大山铁矿采场内。

随着露天开采的进行和护顶厚度的降低，自2005年以来多次发生塌陷事件，严重威胁装备和人员的安全，对生产作业带来极大的安全隐患。

因此，需对采空区顶板的安全厚度进行研究、判断。

目前，空区顶板的分析方法较多，鲁佩涅伊特等［1］提出的计算公式是在露天条件下取得的，相对来说考虑因素较多，尤其是考虑了节理裂隙对岩体的影响，具有一定的特殊性。

平板梁理论［2］假设条件较多，而松散系数理论［2］则未考虑岩体的特征。

传统确定地下采空区安全顶板厚度的方法基本采用半定量分析，包括顶板厚跨比法、结构力学近似法等，该类方法对顶板的受力情况与破坏机理认识不足，不能全面反映采空区的应力、应变分布及破坏状况，故其计算结果的可靠性受到了很大影响，应用范围受到限制［3-5］。

数值模拟法［2］是近年来发展起来的而且应用很广的方法。

将岩体假定为弹性均质材料，用两维有限单元法进行计算机模拟，模拟分不同的空区跨度、不同的顶柱厚度进行，同时对不同采场空区结构、台阶附加压力(设备重量)分别进行计算。

南洺河铁矿中部矿段开采参数优化的数值模拟

南洺河铁矿中部矿段开采参数优化的数值模拟李聚振;何利辉;孙川【摘要】Numerical calculations with FLAC3D had been done to establish the three-dimensional numerical model of nuggets recovery process in Nanminghe Iron Mine, and set up the stress-strain monitoring of different rock positions. Analyzed the three-dimen-sional macroscopic mechanical properties of rock under the conditions of 8 m and 10 m two kinds of structural parameters of the ore blocks during the different extraction times. By comparing the mechanical characteristics of rock mining area, the mechanical characteristics of filling and the deformation and destruction of rock,optimized the structure parameters of ore block and determines whether to locate permanently pillar. The results showed that the stability conditions of rock were much better when using the structure parameters of 8 m wide slope than using the structural parameters of 10 m wide slope. When ore recovery mining without reserving the 3 m wide strip pillar filling,the roof only appeared a minor settlement, and would not appear the phenomenon of large-scale caving.%借助FLAC3D数值计算,建立了南洺河铁矿矿块回采过程三维数值模型,在不同岩体位置设立了应力应变监测点,分析了8 m和10m2种矿块结构参数条件下不同开采时期的岩体三维宏观力学特性,通过对比采区岩体力学特征、充填体力学特征以及岩体移动变形规律及破坏情况对矿块结构参数进行优化,确定是否留设永久矿柱.结果表明,围岩稳定状况在采用8 m宽采场结构参数时要明显优于10 m宽采场的结构参数,矿体回采时不预留3 m宽条形矿柱充填后顶板只是出现小幅度沉降,不会出现大规模冒落现象.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】5页(P36-39,43)【关键词】矿块回采;数值计算;采场结构参数【作者】李聚振;何利辉;孙川【作者单位】中国矿业大学矿业工程学院;冀中能源峰峰集团南洺河铁矿有限公司;中国矿业大学矿业工程学院;中国矿业大学矿业工程学院【正文语种】中文在相同的原岩应力场以及岩体强度参数、不同的采场结构参数条件下，围岩及矿柱的应力分布状态、变形位移有所不同，并直接关系到采场自身的稳定性及开采进度。

某铁矿采空区稳定性分析及模拟填充处理方案

（1）用设计中常见的 CAD 软件建立三维实体模型，针对实
样本置于专用烘箱中，在 105℃～ 110℃的恒温下烘 24 ｈ，然后
放入干燥器内冷却至室内通常温度，称取试件质量。岩石块体干
密度按下式计算：
d = ms /AH 式中： d ---- 岩石块体干密度（g/cm3）。ms---- 烘干试件质
量（g）。A---- 试件截面积（cm3）。H---- 试件高度（cm）。（2）岩石抗压、抗拉强度测量的基本方法。利用电液伺服控
用井下坑道式开采时，铁矿顶板应预留防水保安矿柱，这样可以
保证砂岩的裂隙水不会直接涌进坑道，起到显著的防水作用。按
照岩石强度等级划分，铁矿石可划分为坚硬岩石，铁矿整体稳定
性好，没有软弱节理面，工程地质相对简单，易于开采。
（2）环境地质条件。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-
式中：σt ---- 岩石抗拉强度（MPa）。P---- 试件破坏荷载（N）。 D---- 为试件直径 (mm)。H---- 试件厚度（mm）。
2 矿区地质特征及岩体质量评价
2.1 矿区地质特征
（1）工程地质条件。矿区整体属于丘陵地貌，地形有利于自然排水 [2]。随着铁矿开采深度加大，井下涌水量不断变大，当采
FLAC3D 软件的特别适合进行土质、岩质和其他材料的三维结构受力特性模拟分析和塑形变形分析。FLAC3D 软件在模拟地下巷道开挖问题上可信度高，其模拟结果已经被大量工程证实。
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术手段。
关键词：采空区；岩石力学试验；有限差分模拟；地压监测