上向进路充填采矿法最佳充填接顶率研究

上向进路充填采矿法最佳充填接顶率研究

刘发平;陈宪龙

【摘要】In the process of upward drift stoping with backfill in Baixiangshan iron mine,the roof-contacted effect is not perfect,the roof-contacted filling ratio of the mine is researched.The MIDAS /GTS finite element software is applied to analyze the stress condition of the first-step approach stope cemented pillars that have different roof-contacted filling ratio when the second-step approach stope are conducted. Besides that,the security and stability of the cemented pillars are evaluated,and the different roof-con-tacted filling ratios are analyzed in depth so as to determine the optimal roof-contacted filling ratio.when the second-step approach stope are conducted,the tensile safety coefficient of the first-step approach stope cemented pillars with 80%roof-contacted filling ratio is 2.03,the compressive strength factor of safety is 1.28,the synthesized safety coefficient is 1.60.The above research results can provide a brand-new di-rection for the other mines to improve the roof-contacted filling ratio scientifically.%为解决白象山铁矿在上向进路充填采矿过程中充填接顶效果不理想的问题，对该矿山的充填接顶率进行了研究。运用 MIDAS ／GTS 有限元软件模拟分析二步进路采场开采时，一步进路采场不同充填接顶率胶结矿柱受力状况，并对胶结矿柱安全稳定性进行评价，对不同充填接顶率进行分析，从而确定最佳充填接顶率。当二步进路采场开采时，一步进路采场80％充填接顶率胶结矿柱抗拉安全系数为2．03，抗压安全系数为1．28，综合安全系数为1．6，为该矿

上向进路充填法的最佳充填接顶率。该研究为其他矿山科学提高充填接顶率提供了一种全新的指导方向。

【期刊名称】《现代矿业》

【年(卷),期】2015(000)008

【总页数】3页(P23-25)

【关键词】充填;最优充填接顶率;有限元分析;综合安全系数

【作者】刘发平;陈宪龙

【作者单位】马钢集团公司姑山矿业有限责任公司;马钢集团公司姑山矿业有限责任公司

【正文语种】中文

白象山铁矿由于地质条件复杂，因而采用了灵活性大和安全性好的上向进路充填采矿法进行采矿。实践中，上向进路充填法的充填接顶效果不理想，接顶率太低，使顶板实际暴露面积增大，在进行二步回采时，胶结矿柱易受采动影响导致偏帮、倒塌。因此，进路充填接顶率合理与否成为决定该方法能否使用的制约因素。

研究结合白象山铁矿矿体产状、进路结构参数、矿岩及充填体物理力学参数等现场数据，构建了不同充填接顶率的进路三维模型，研究不同充填接顶率矿柱受力状况和稳定性，确定最优充填接顶率，实现生产安全、并为矿山如何科学提高充填接顶率提供理论依据。

在建立采矿模型的过程中，回采进路的未接顶高度为0.5 m，同时简化处理未充填区的曲面,将充填进路接顶率按线性计算[1]。基于充填接顶率超过50%即可确保顶板的稳定性，以采场顶板安全为前提，建立5个胶结矿柱三维模型，其采场充填

体接顶率分别为50%、60%、70%、80%和90%，胶结矿柱模型见图1。

2.1 研究背景

白象山铁矿储量丰富，但矿体顶板为极复杂富水带，是“三下”难采矿体。矿体埋深305 m，水平厚度40.5 m，倾角36.5°。根据矿体勘探情况和防治水工程现状，拟采用上向进路充填采矿法回采矿体。以矿体产状和开拓现状为依据，沿走向布置进路，进路长度50～60 m，断面4 m×6 m。本次模拟的力学参数见表1。

2.2 构建矿体三维模型

大型有限元分析软件—MIDAS/GTS功能十分全面，广泛应用于矿山矿体模拟和受力分析[2-5]。本次模拟所采用本构模型摩尔-库伦准则，并将矿体、围岩以及充填体假定为弹塑性材料[6-8]。

本研究根据各进路充填接顶率的不同，创建相对应的矿体模型，根据模拟原则，相同实体网格的划分需一致，见图2。

2.3 数值模拟结果分析

本次模拟结合具体矿山岩石力学参数，研究二步开采时，采动对已充填一步采场不同充填接顶率充填矿柱稳定性的影响，从而确定最优充填接顶率。研究共创建了5个不同充填接顶率胶结矿柱的矿体三维模型，5个模型的数值分析结果见表2。

从表2可以看出，二步采时，一步采胶结矿柱的两端会产生拉应力集中现象，而

接顶的区域出现了压应力集中现象。拉应力是造成充填体破坏的重要因素[9]，因

此划分应力集中区域时，拉应力产生的区域都将视为拉应力集中区域，压应力集中区域为压应力峰值产生区域。从应力云图1可以看出拉应力集中区域远远大于压

应力集中区域。当充填体的接顶率达50%，拉应力集中区域占矿柱体积的7.2%，拉应力峰值为0.169 MPa，在矿柱的承受范围内，而压应力峰值为2.48 MPa，远大于最大抗压强度，这表明由于充填体接顶率较小，胶结矿柱产生了局部脱落现象，大大影响了生产作业。随着充填接顶率的增大，拉应力和压应力峰值都逐渐减小，