緩傾斜硬巖礦床采空區(qū)頂板冒落規(guī)律研究.pdf

1、采空區(qū)頂板冒落對井下礦床開采和地壓管理具有重要影響,為確保回采工作安全有序進行,同時也為探索預測采空區(qū)頂板冒落形態(tài)和冒落過程的新途徑,本文從采空區(qū)頂板冒落的角度出發(fā),以龍橋鐵礦采空區(qū)為研究對象,結合該礦地質特征、開采情況、現(xiàn)場調查和采空區(qū)現(xiàn)狀,采用計算機數(shù)值模擬方法,計算分析采空區(qū)頂板巖體破壞和冒落規(guī)律,分析緩傾斜硬巖礦床采空區(qū)頂板巖體冒落形態(tài)和冒落過程,并結合現(xiàn)場頂板鉆孔監(jiān)測工作展開研究。主要研究內容和結論如下:
　　(1)基于

2、前人研究成果,提出了硬巖空區(qū)頂板冒落判據(jù)。在借鑒前人研究成果的基礎上,運用普氏冒落拱理論得出采空區(qū)頂板的冒落形態(tài)呈拱形,在此基礎上分析了采空區(qū)頂板冒落判據(jù),提出了在自重作用下頂板巖體發(fā)生冒落條件為臨空面條件、破壞條件、平衡條件,三者缺一不可。
　　(2)模擬程序二次開發(fā),實現(xiàn)了硬巖礦床空區(qū)頂板冒落規(guī)律的模擬。采用基于有限差分法原理的FLAC3D軟件對采空區(qū)進行了三維模擬,通過對FLAC3D程序的二次開發(fā),形成了具有一定功能的采空區(qū)

3、頂板冒落模擬程序,實現(xiàn)了對采空區(qū)頂板冒落形態(tài)和過程形象直觀的描述,分析了在不同開采順序下采空區(qū)頂板的應力、應變變化和位移分布情況。分析結果表明:頂板巖體在拉應力作用和有臨空面條件下,隨著采空區(qū)暴露面積的逐步增大,頂板拉應力不斷增大,與巖體抗拉強度逐步接近,并最終導致頂板破壞,繼而冒落。
　　(3)多方案對比,提出了回采順序優(yōu)化方案。在詳細分析龍橋鐵礦現(xiàn)今采用的回采順序的數(shù)值模擬計算結果基礎上,通過對另兩種不同開采方式的模擬分析,得

4、出不同的開采方式對頂板巖體位移、拉應力和冒落巖石量均有顯著影響的結論。無底柱分段崩落法中要求有一定的緩沖墊層,故采用方案二的開采順序要優(yōu)于另兩種方案,即開采方式由中間向兩側開采的方式更理想。
　　(4)結合現(xiàn)場監(jiān)測,驗證了模擬方法的可靠性。運用鉆孔攝像觀測手段獲得了該礦頂板巖體冒落高度數(shù)據(jù),其數(shù)據(jù)結果表明巖體冒落經(jīng)歷了“冒落—穩(wěn)定—再冒落—再穩(wěn)定”的過程。上述結論與數(shù)值模擬結果較為吻合,驗證了該模擬方法是可行的,模擬方法為預測頂板