東升廟鉛鋅礦緩沖墊層最小安全厚度的數(shù)值模擬研究.pdf

1、金屬和非金屬礦山的采礦方法分為空場采礦法、崩落采礦法和充填采礦法。在礦山開采過程中,采用空場采礦法必將留下大量的礦柱需要回收,也會留下大量的復雜采空區(qū)需要處理。東升廟鉛鋅礦的采空區(qū),采用強制崩落上盤及頂板圍巖的方式,形成一定厚度的巖石緩沖墊層。這種處理采空區(qū)的方法能夠及時降低和轉移空區(qū)上盤圍巖的應力,減弱應力集中的現(xiàn)象,控制了空區(qū)的地壓,消除了空場。該處理方法,經(jīng)濟合理、成本低、工序簡單,能夠提高礦山的經(jīng)濟效益和安全能力。當頂板圍巖大面

2、積冒落,形成高速氣浪,對生產(chǎn)巷道中的人員和設備造成危害,以及冒落巖體對采空區(qū)下部結構體動力沖擊造成的損壞,都可以用適當厚度的巖石緩沖墊層防護。緩沖墊層的厚度若過大,會造成對炸藥等材料的浪費,經(jīng)濟上不合理;若過小,起不到消波和吸收沖擊能的作用,對人員,設備和巷道都會造成傷害。研究緩沖墊層的最小安全厚度,是解決崩落圍巖處理采空區(qū)問題的關鍵。
　　本課題以東升廟鉛鋅礦2號和11號礦體礦柱回收和采空區(qū)處理為背景,展開對最小巖石緩沖墊層的研

3、究。
　　首先根據(jù)工程類比法得出巖石緩沖墊層最佳厚度的范圍為14m~22m。然后選用并運用離散元軟件PFC2D對東升廟鉛鋅礦采空區(qū)頂板冒落巖體沖擊采空區(qū)下部結構體及巖石緩沖墊層建立相關的模型,并進行其冒落沖擊動態(tài)過程的模擬,直觀形象地看到這一現(xiàn)象從發(fā)生到結束的全過程。在14m~22m的范圍內(nèi)選取14m、16m、18m、20m、22m五組墊層厚度進行模擬,最終通過比較這幾組墊層的模擬結果,發(fā)現(xiàn)當墊層厚度為20m和22m時采空區(qū)下部結

4、構體的裂紋數(shù)為零,并且受到的沖擊應力小于采空區(qū)下部結構體能夠承受的最大應力,即20m是模擬得出的巖石緩沖墊層的最小安全厚度。借鑒土力學與接觸力學中關于最佳土墊層厚度的計算,我們得到最佳巖石緩沖墊層的厚度為17.7m,考慮到實際情況的復雜性和計算過程中對模型的簡化,在此基礎上乘以安全儲備系數(shù)1.1,得到計算結果為19.5m。
　　綜上所述,通過模擬和理論計算兩種方法得到的巖石緩沖墊層厚度基本一致,也就是巖石緩沖墊層的最小安全厚度為2