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基于應力增量理論的礦柱回采安全性評價

文檔作者：陶磊文檔來源：長沙有色冶金設計研究院有限公司		點擊數：	更新時間： 2022年04月27日
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第67卷第1期 有 色 金 屬(礦山部分) 2015年1月
基于應力增量理論的礦柱回采安全性評價
陶磊
(長沙有色冶金設計研究院有限公司，長沙410011)
摘要：礦柱是支撐空區(qū)穩(wěn)定性的主要單元，礦柱的回收必然會造成空區(qū)應力的重新分布，從而對其穩(wěn)定性造
成影響?；趹υ隽坷碚?，對某礦山礦柱回采過程中的安全性進行了理論分析，并根據礦柱的回收順序建立了
數值分析模型，計算得到了各礦柱開采前后的應力變化情況。計算結果表明，該礦山二、三采區(qū)一中段的間柱安全
系數都大于1，即所有間柱在礦柱回采的過程中都處于安全狀態(tài)。
關鍵詞：礦柱回收；應力增量；安全系數；穩(wěn)定性
中圖分類號：TD853．391 文獻標志碼：A 文章編號：1671—4172(2015)01-0028—04
Pillar recovery safety evaluation based on stress increment theory
TAO Lei
(Changsha Engineering&amp;amp; Research Institute Ltd．of Nonferrous Metallurgy，Changsha 410011，China)
Abstract：Pillars are main support units of goal stability．The recovery of the pillars will cause stress redistri—
bution and stability of the goa1．The pillaring process security is analyzed based on stresses incremental theory．The
numerical model is established according to the order of pillar recovery．The stress of each pillar before and after
mining are calculated，the results show that all factors of pillars safety are greater than 1，that is，all the pillars are
in a safe state．
Key words：pillar recovery；stress increment；safety factor；stability
礦產資源是維持礦山可持續(xù)發(fā)展的基本條件，
對殘留礦柱的回收是維持礦山可持續(xù)發(fā)展的一條基
本途徑。近年來，我國也探索出了多種回采殘留礦
柱和難采礦體的方法，并進行了生產實踐和推廣應
用 33。由于礦柱回收要根據礦山的實際情況而
定，在保證安全、經濟的條件下，合理采用回采方案，
同時也可參考其他相似礦山的成功經驗_4 ]，采用
靈活多變的回收方法。我國在礦柱回收方面已有很
多成功案例，積累了寶貴的實踐經驗[7 ]。
哈密博倫礦業(yè)有限責任公司于2004注冊成立，
由青海西寧特殊鋼股份公司與哈密長城實業(yè)公司共
同出資組成。白山泉鐵礦是哈密博倫礦業(yè)有限責任
公司旗下的生產單位之一，自2006年建成開始投
產，目前生產能力為¨O萬t／a。礦山設計采用分區(qū)
開采、分區(qū)通風，開拓方式為豎井開拓。礦山二、三
采區(qū)一中段礦塊沿礦體走向布置，礦塊長50 1TI，寬
基金項目：國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973計劃)項目
(20loCB732004)
作者簡介：陶磊(1983一)，男，工程師，碩士，采礦工程專業(yè)，主要從
事礦山設計與災害防治等方面的研究工作。
為礦體厚度，高40 iTI，頂柱5 m，間柱7．5 1TI，底柱6
～ 8 m，采用電耙道出礦底部結構。
目前，白山泉鐵礦一中段采礦已經接近尾聲，而
二中段的基建工程又還未完成，礦方考慮回收礦柱，
一是補充礦山下年度產量，充分回收礦產資源，二是
可及時處理采空區(qū)，消除安全隱患，保證礦山健康發(fā)
展。但礦柱的回采不同于礦山正常開采，存在較大
的風險，安全問題成為首要考慮因素。礦山二、三采
區(qū)一中段存在大量的采空區(qū)，并且大部分采空區(qū)都
具有形態(tài)無規(guī)則、頂板暴露面積、空區(qū)體積大的特
點，在這種環(huán)境之下如何保障礦柱安全回采是最關
鍵的問題。
1 基于應力增量的礦柱安全性分析
1．1 礦柱強度
影響礦柱強度的因素較多，受到其幾何尺寸、地
質構造、礦區(qū)應力分布等因素的影響，國內外研究學
者針對不同的情況提出了許多礦柱強度的計算公
式，其中最具代表性的礦柱強度公式類型見式(1)。
第1期 陶磊：基于應力增量理論的礦柱回采安全性評價 2()
o'p — O'pl『A+B( )] ㈩
式[}1： ?礦柱的強度，MPa； 寬高比為
1時的礦柱強度，MPa； 、^ 礦柱的寬度、高度，m；
A、B、a 由具體的礦(巖)體確定的系數，不同的系
數對應不同的礦柱強度計算公式。
在這類公式中應用較廣的是Bieniawski提出
的強度公式，具體表達式如下：
O'pl f0·64+0·36 ) (2)
考慮巖體節(jié)理對其強度產生的影響，結合礦山
的實際情況，采用Hoek Brown計算完整和節(jié)理
巖體強度的方法計算節(jié)理裂隙對礦柱強度的影響，
即：
O'pl 一√ (3)
式中： 完整巖石的單軸抗壓強度，MPa；
巖體完整性的一個常數。一般情況下， 的取值
范圍為(1／4～1／3)口 。
對于含有多組 理且沒有明顯的各向異性的巖
體 值由式(4)確定。
一
(RM R
一
- 100)
一 exP (4) 一
L
式中：RMR 巖體地質分類指標。
1．2 礦柱平均應力
礦柱平均應力 具體計算方法為：
一 十 1 (5)
式中：走 礦柱應力集中系數，一般為2～3，取
2．5； 相鄰礦柱回采前礦柱應力，MPa； 。 礦
柱二次[Ⅱ1采相鄰礦柱應力增量，MPa。
1．3 安全系數計算
通過上述對礦柱強度、礦柱平均應力的計算，然
后將礦柱強度與礦柱平均應力進行比較，就能作為
衡量礦柱安全性大小的一個系數，稱為安全系數s，
具體公式見式(6)。
s 一 !( ㈣
足 _l—十-
2 礦柱回收過程中的安全系數計算
2．1 間柱的回采順序
二采區(qū)一中段主要問柱有5個，其中預留3號
問柱作為永久性間柱不進行回收，其目的是將本區(qū)
域的大空區(qū)分割成兩獨立的小空區(qū)，其余四個間柱
全部進行回收。考慮到礦石提升運輸，設計首先回
收5弓間柱，其次回收4號間柱，再次回收2號間
柱，最后回收1號間柱，圖1為二采區(qū)一中段的礦柱
模型。
三采區(qū)一中段56～6O線區(qū)域共有10個問柱，
其中5號間柱為保安礦柱礦量最大，由于三號主片
布置在礦體上盤是本區(qū)域的主提升井，同時也是所
有礦柱回收后出礦的咽喉，因此必須預留5號間柱
在本中段的通道，同時考慮礦量的因素，5號間柱應
該回收但必須是安排在后期進行回收。因此結合礦
山生產實際以及最大限度的回收礦產資源的原則。
本區(qū)域預留1號、3號、4號和6號問柱作為永久性
問柱不進行回收，其余間柱的回收順序為：尚‘先回收
8號問柱，其次回收9號間柱，最后依次回收lo號、
7號、5號及2號間柱。圖2為三采區(qū)一中段的礦柱
模型。
圖l 二采區(qū)一中段礦房與間柱模型
Fig．1 The stop and pillar model of the second
m ined zone
圖2 三采區(qū)一中段礦房與間柱模型
Fig．2 The stop and pillar model of the third mined zone
2．2 計算參數的選取及確定
2．2．1 礦柱幾何尺寸
礦柱的形狀參數包括礦柱的長度 、寬度叫以
及高度h，結合前期現場調查的數據以及礦方提供
3O 有 色 金 屬(礦山部分) 第67卷
的數據，得到二、三采區(qū)一中段間柱長度、間柱寬度
以及間柱高度等數據見表1、2。
表1 二采區(qū)一中段各間柱基本參數
Table 1 The basic parameters of pillars in the
second mined zone
表2 三采區(qū)一中段各間柱基本參數
Table 2 The basic parameters of pillars in the
third mined zone
2．2．2 巖石力學參數的確定
1)巖石單軸抗壓強度 ：對礦巖進行了單軸抗壓
力學試驗，測得礦巖的平均抗壓強度為89．21 MPa。
2)巖體完整性無量綱試驗常數s：采用Hoek—
Brown計算完整和節(jié)理巖體強度的方法計算節(jié)理
裂隙對礦柱強度的影響，根據礦山的實際情況以及
大量的工程經驗，確定巖體完整性無量綱試驗常數
5為1／16，間柱強度為22．3 MPa。
2．2．3 礦柱回采前后的應力變化
1)相鄰礦柱回采前礦柱應力 。
采用數值模擬的方法確定礦柱的原巖應力大
小，由于礦山二、三采區(qū)一中段的上覆巖層厚度不
大，在進行數值模擬時只考慮自重應力場的作用。
根據數值模擬計算的結果，得到二、三采區(qū)一中段礦
柱的原巖應力見表3、表4。
表3 二采區(qū)一中段間柱原巖應力以及相鄰礦柱
回采前間柱應力
Table 3 The stress of pillar and adjacent pillar before
recovery of the second mined zone
表4 三采區(qū)一中段間柱原巖應力以及相鄰礦柱
回采前間柱應力
Table 4 The stress of pillar and adjacent pillar before
recovery of the third mined ZOne
2)礦柱二次回采相鄰礦柱應力增量
根據確定的礦柱回采順序對礦柱的回采進行數
值模擬，通過模擬計算得N-、三采區(qū)一中段問柱在
礦柱回采過程中各階段應力見表5、6。
表5 二采區(qū)一中段間柱在礦柱回采過程中礦柱的應力變化
Table 5 Stress changes in the pillar of recovery process of the second mined zone
第1期 陶磊：基于應力增量理論的礦柱回采安全性評價 31
2．3 礦柱的安全系數計算
將上述確定的礦柱寬度 、礦柱高度矗、巖石單
軸抗壓強度 、巖體完整性常數s等基本參數，代人
到公式(6)中就可以計算出相應礦柱的安全系數，經
過計算得到二、三采區(qū)一中段各間柱的安全系數見
表7、表8。
表7 二采區(qū)一中段間柱安全系數
Table 7 The safety factor of the second mined zone
表8 三采區(qū)一中段間柱安全系數
Table 8 The safety factor of the third mined zone
礦柱安全系數計算結果表明，該礦山二、三采區(qū)
一中段的間柱安全系數都大于1，即所有間柱在礦柱
回采的過程中都處于安全狀態(tài)。根據礦柱安全性等
級的劃分原則，得到該礦山二、三采區(qū)一中段的間柱
安全性程度主要是隸屬于穩(wěn)固等級，只有二采區(qū)一中
段的1號間柱和4號間柱是隸屬于中等穩(wěn)固等級。
對比礦山二、三采區(qū)一段的間柱安全系數，三采區(qū)一
中段的間柱安全性程度要高于二采區(qū)一中段間柱。
3 結論
1)基于應力增量理論，對采空區(qū)礦柱回采過程
中的安全性進行了理論分析，得到了礦柱安全系數
計算公式，通過空區(qū)調查和巖石力學試驗，得到了礦
柱的幾何尺寸和巖石力學參數，為后續(xù)的數值模擬
奠定了基礎。
2)根據礦柱的回采順序，建立了礦柱回采數值
分析模型，得到了礦柱回采前的原巖應力和礦柱回
采過程中其他礦柱的應力變化情況。
3)將礦柱的幾何參數、巖石力學參數和數值模
擬計算結果帶入安全系數計算公式，計算得到了回
采過程中各礦柱的安全系數。計算結果表明，礦山
二、三采區(qū)一中段的間柱安全系數都大于1，即所有
間柱在礦柱回采的過程中都處于安全狀態(tài)。
參 考 文 獻
Eli 劉洪強，張欽禮，潘常甲，等．空場法礦柱破壞規(guī)律及穩(wěn)定性分
析EJ]．采礦與安全工程學報，2011(1)：138—143．
[2] 韓穎，楊志龍．礦柱失穩(wěn)的突變分析FJ]．中國礦業(yè)，2013，22
(1)：86— 88，102．
[3] 周子龍，李夕兵，趙國彥．民窿空區(qū)群級聯失穩(wěn)評價[J]．自然
災害學報，2007(5)：91—95．
[4] 鄭能，劉金明，黃敏，等．殘礦回收合理回采順序數值模擬研
究[J]．采礦技術，2012，12(5)：11—12，66．
Es3 高志斌．四方金礦礦柱及殘礦回收技術實踐EJ]．科技資訊，
2013(14)：81— 82．
[6] 謝火明．廣西鳳凰山銀礦殘礦回收技術優(yōu)化研究ED]．長沙：
中南大學，2012．
[7] 杜坤，李夕兵，劉科偉，等．采空區(qū)危險性評價的綜合方法及
工程應用EJ]．中南大學學報：自然科學版，2011，42(9)：2802
— 281lJ
Es] 任高峰，楊海燕，董洪芹，等．石膏礦采空區(qū)塌陷安全評價EJ]．
遼寧工程技術大學學報：自然科學版，2013，32(9)：1214—
1 221

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