层状岩体地下开挖相似模拟试验研究.pdf

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1、2014年第9期／第35卷黄金GoLD巨叠[层状岩体地下开挖相似模拟试验研究陈冲，侯克鹏，者亚雷，肖慧(昆明理工大学国土资源工程学院)摘要：层状岩体是露天与地下开采矿山中常见的岩体类型之一，运用相似模拟的试验方法．以云南某矿山为原型进行了地下开采的模拟研究。在遵循相似理论的前提下，根据现场工程地质情况，选择了合适的剖面作为研究对象，确定模型的参数、相似材料的配比，然后进行试验。试验研究结果表明，顶板围岩变形从外到内表现为：外部沿层面滑动，中部沿层面向下移动，内部向采空区弯曲；从上到下表现为：上部沿层面滑动，中部沿层面向采空区弯曲，下

2、部竖直向下滑动。试验结果可为以后类似条件矿山开采提供参考。关键词：层状岩体；模型试验；相似理论；地下开采中图分类号：TD803文章编号：1001—1277(2014)09—0049—04文献标志码：Adoi：10．11792／~201409110引言1工程概况伴随着矿业的不断发展，大多数矿山会面临资源云南某矿山原为山坡露天矿，在山坡露天开采结枯竭的问题，寻找新的资源是维持矿山生存与发展所束之后，露天矿境界外，山体内部400m位置发现层面临的主要问题。但是寻找新资源的同时，一些难采状富矿，位于东西走向构造带香条村背斜北翼东段，矿体，特

3、别是高品位难采矿体的开采也至关重要，如地层向北倾斜，呈单斜形态，倾角18。～44。，全矿段何安全、高效、经济地开采这些难采矿体同样是补充矿体厚0．77～3．01m，平均2．0m，区域构造相对简资源的一种方式。现在运用较多的研究手段是理论单，拟对该矿体进行地下开采。对地层情况进行简化分析、数值模拟及相似模拟。研究成果较为成熟，文得到了剖面如图1所示，区内岩石为湖相沉积岩，从献[1—2]运用遗传算法得到了采空区对高边坡影响北向南主要岩层为灰黑色中厚层粉砂质页岩、矿体、的基本规律；文献[3—4]运用强度折减原理，应用薄层状砂质白云岩和细粉

4、晶白云岩，岩体力学参数如FLAC’软件分析采空区在边坡不同位置，研究了边表1所示。坡的应力场、位移的变化情况，并计算了相应的安全系数；文献[5]采用SURPAC建立了瓮福磷矿穿岩洞矿段采场的三维地质模型，利用接口程序将模型导人FLAC如对采空区与露天边坡之问的相互影响进行了应力与位移的分析；文献[6]通过有限元法、离散元法对露天和地下联合开采引起矿山岩层移动规律进白云岩行了数值模拟研究。但遗传算法存在采空区几何形状规则、采空区呈直立状分布，与生产实际出入较大，使理论分析对实际情况有一定的偏差；数值模拟则存在边界条件和材料属性简化及建

5、模工作量大、花费时图1地质剖面简化模型间长、计算限制等问题。故本文选用相似模型试验手表1岩体力学参数段作为研究方法，通过室内试验可定性或定量地分析地下工程的变形规律特征，直观地反应开采过程中的变形情况，用试验发现了此类矿体开采覆盖岩层的移动规律及可能发生的灾害。收稿日期："2014—06—25作者简介：陈冲(1989一)，男，河北保定人，硕士研究生，从事岩石力学方面的研究；昆明市五华区一二一大街文昌路68号，昆明理工大学国土资源工程学院，650093黄金2．4顶板围岩变形分析2)通过相似材料配比试验，确定了最优相似材从图5中可以看出

6、，观测点水平位移是先增大再料，可以用砂和石膏按一定的比例混合来模拟现场的减小，竖直位移则是一直保持增大的趋势，再次验证岩体进行室内模型试验。了顶板位移刚开始沿层面下滑，当点柱开挖后向采空3)试验表明了顶板围岩的总体变形规律，从外区方向变形。变形过程如图6所示。到内表现为：外部沿层面滑动，中部沿层面向下移动，内部向采空区弯曲；从上到下表现为：上部沿层面滑动，中部沿层面向采空区弯曲，下部竖直向下滑动。段4)通过变形过程图分析可知，矿体顶板围岩变形量大，对生产实际会产生较大的影响，开采过程中应加强顶板管理，同时应对采矿方法、回采顺序、安全

7、管理等进行更细致的验证，以保证采矿作业安全、高效的进行。5)本试验还在一定程度上演示了大型边坡下部采空区对坡体稳定性的影响以及空区暴露面积逐渐变大过程中边坡岩体的变形规律，对处理边坡下空区图6变形过程示意图的工程有一定的借鉴作用。[参考文献]结合顶板围岩位移矢量分析及图6可知，在开挖[1]丁新启，张华，李远．采空区影响下的高边坡稳定性综合分析初期，顶板围岩的整体变形规律不明显，但在近采空[J]．有色金属：矿山部分，2009，61(3)：39—43．区上方的观测点向采空区移动，随着空区形成，矿体[2]曾芳金，黄凡．含隐伏空区的露天矿边

8、坡稳定性及参数优化研围岩的总体移动方向指向采空区，并且离采空区越究[J]．矿冶，2009，18(3)：12—15．[3]柴红保，曹平，柴国武，等．采空区对边坡稳定性的影响[J]．中近，位移量越大；随着开采的继续进行，采空区逐步增南大学