采场顶板危岩体冒落过程数值分析

关键词 ： 采场顶板 ； 危岩体 ； 冒落过程 ； 数值分析
中图 分 类 号 ：Ｄ ２ Ｔ ３２ 文 献标 识 码 ： Ｂ
在有 色金属矿 山 中 ， 板安 全 问题是 矿 山安全 顶 管理 的首要 问题 ， 这类 事 故 的后 果 往 往造 成 较 大人 员伤 亡和经 济 损 失 ， 重 威 胁 矿 山 安 全 生 产 ， 统 严 据 计 ¨ ， 属矿 山 中冒顶 片帮事 故 的死亡 人 数 始终 排 金
条 断层会 给采 矿 带来 很 大 影 响 。采 场 内于 ５ ５线 构
造 面部 分 已暴 露 并 出现 塌 落 ， 分层 采 矿 时 注 意 。 本
按采 高 ２ｍ计 ， 分层矿 量 １ ５ ， 本 ３５４ｔ品位 ２０ ／， ．６ｇｔ
金属 量 ２ ． ２ｋ 。 ７ ９ ｇ
在我国金属矿山死亡事故人数的第 １ ， 位 死亡事故 占总工 伤事 故 死 亡 人数 的 比例 超 过 了 ４ ％ 。采 场 ０ 顶板稳定 性研究 一直是 矿 山地 压管 理研 究 的难
的 冒落 过程 。
计算 中选取 Ｍ ｈ —Ｃ ｕｏ ｏ ｒ ｏｌ ｍｂ准则 ， 据 现 场 根
岩 体力学试 验结 果 和室 内试 验结 果 ， 体 选取 同一 岩
作者简介： 占炎（ ９９ ， ， 李 １６ 一） 男 本科 ， 采矿高级工程师 ， 主要从事采矿工程管理工作。
法 比拟 的优 越性 ， 如可 以模 拟 复杂 围岩条件 、 边界条 件 和各种 断面形状 巷 道 的应 力 场 与位 移 场 ； 虑众 考 多影 响 因素 ， 进行 多方案 的快速 比较 ， 析各 种 因素 分 对顶板 支护效 果 的影 响 ； 此外 模 拟 软件 一 般 都具 有 强大 的前后处 理功 能 ， 著 提 高 了输 入 和 输 出结 构 显 的可视 化程度 ， 拟结 构 直 观 、 模 形象 ， 于 处 理与 分 便 析等 。数 值模 拟法作 为一种 快速 、 有效 的研 究手段 ， 已经广 泛应用 到实践 中。
点， 顶板 事故 与采矿 环 境 、 质 因素 、 矿 方法 及 顶 地 采 板 的支护 控制 方法 紧密相连 。地下 矿 山采 场顶板 岩
三 山岛金矿 采动 区域矿 岩稳定 威胁 主要来 自以 下三 个方 面 ： 矿体 上盘破 碎岩层 极易 冒落 ， 限制 了矿
房尺 寸 的扩 大 ； 矿体 节 理发 育 ， 板 暴露 面积受 限 ， 顶 时常 发生垮 塌 冒落 事故 ； 采动应 力集 中严重 ， 存在 区
房处 网格 划分较 稀疏 ， 即中心 网格 以 由密到疏 、 由小
到大 的方式 放射 状展 开 ， 样 能较 好 的满 足模 型 计 这
算 的精度要 求 。模 型尺 寸为工 程岩 体最大 断面尺 寸
的 ２ ５倍 ， ． 以消除边 界 效 应 的影 响 。 图 １整个 模 型 的几何 形状 和单 元 网格 ， ２为 局 部 网格 图 。边 界 图 条件 为 下 部 ｚ 向和 两 侧 Ｘ方 向分 别施 加 速 度 约 方
域岩体 整体失 稳 和局部矿 柱失稳 ， 岩爆 已有显 现 。
体 事故发 生 的原 因 ， 是对 采 矿 工作 面 的 顶板 情 况 一
了解不清 ； 二是缺 乏针对 性 防治措施 。
２ 数 值 模 型建 立
计 算模 型选取 为 ４ ０ ５ 采场 ５ ０ ５＃ ５与 ５ 线的 断 ７号
近 年来 ， 随着计 算 机技 术 的发 展及 各 种数 值 分 析 方法 的产生 ， 为解 决岩 石 力 学 问题 的分 析 计 算提 供 了强有力 的支持 。数值 计算有 着其 它研究 方法无
收 稿 日期 ：０ ０—１ ２ ２１ ０— ５
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束。在模型上部施加 １． Ｐ 的载荷 ， １０Ｍ ａ 以模拟上覆 岩 体 的 自重 ， 不考 虑 构造 应 力 的影 响。 两组 结 构 面
位 于矿 房的顶 板 ， “ ” 呈 入 字状 ， 始 为一 体 网格 ， 初 回 采 后对结 构 面内 的单元 做 分 离处 理 ， 以模 拟危 岩 体
第２ ６卷第 ６期
２１ ０ ０年 １ ２月
有
色
矿
冶
Ｖｏ ． ６． ６ １２ №
Ｎ０Ｎ —ＦＥＲＲｏＵＳ Ｍ Ｉ ＮＧ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＹ Ｍ＿
Ｄｅ ｅ ｅ ０１ ｃ ｍｂ ｒ２ ０
文章 编 号 ：０７— ６ Ｘ（０ ０ Ｏ ０ １ Ｏ １０ ９７ ２ １ ） ６— ０ ４一 ３
面， 采用 Ｆ Ａ 如软 件 Ｊ在 平 面 应 变 模 式 下 』 ＬＣ ， 计算 ， 型共 计 ６０６个单元 ， ４ 模 １ ９２ ３个 节点 ， 立数 建 值仿 真试 验时 考虑 到计 算 精 度 ， 型 剖分 时全 部 采 模 用六 面 和五面 体单 元 。矿 房 附 近 网格 较 密 ， 离 矿 远
采 场 顶 板 危 岩 体 冒 落 过 程 数 值 分 析
李 占炎
（ 色 卢 安夏 铜 业 有 限 公 司 ， 京 １０ ８ ） 中 北 ０ ０２
摘
要： 顶板安全问题是矿山安全 管理 的首要问题 ， 本文通过应用 Ｆ Ａ 对三 山岛金矿采场顶板 ＬＣ 危岩体 冒落过程进行数值模拟分析 ， 分析结果发现 ， 采场顶板形成 的拉应 力集 中未能造成 岩体产生拉破坏 ， 而是由于节理 、 裂隙等小构造 的切割作用 ， 致使采 场顶板形成危 岩体 ， 危 岩体在 自重及结 构面滑移 的基础上产生破坏。
１ 工 程 概况
三 山 岛金 矿 矿 区 ４０ ５ 采 场 走 向 长度 为 １０ ０５＃ ０ ｍ， 体水 平 厚 度 为 ３ 采场 标 高 一３２ ７３ｍ。 矿 １ｍ， ８ ． １
距 离主裂 面下盘 ０ ９ ｍ一 条 波状 断层 ， ． 总体 产 状近 似于 主裂面 ， 上盘 就 是 以这 条 断层 来 控 制 。一 区在 矿体 中间有 条破碎 带 ， 状基本 与构造 面平行 ， 产 这两