基于FLAC3D的分段空场嗣后充填法采场结构参数优化
基于FLAC3D上向水平分层充填采矿法数值模拟
ｕｌａｔｉｏｎ ａｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．
ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｍｉｎｉｎｇ；ｏｖｅｒｈａｎｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｃｕｔ—ａｎｄ ｆｉｌｌ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｏｐ ｈｅｉｇｈｔ；ｇａｐ
ｅｘｐｏｓｕｒｅ ａｒｅａ
确定合理的采场参数和选择合适的回采工艺是 矿山进行安全、高效生产的前提。确定采场参数有 不同的方法，如经验类比法、现场试验法及数值分 析方法等…。数值分析方法首先要建立矿岩岩石 力学数学模型，然后在特定的边界条件下求出该问 题的解。随着计算机技术的发展，数值分析技术在 矿山工程中得到了广泛的应用旧。４１。
Ｆｉｇ．６ Ｆｉｇｕｒｅ ａｒｅａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｍｏｄｅｌ ｓｅｃｔｉｏｎ（Ｙ＝２５ｍ）
２００８年８月 第３７卷第４期（总第２１１期）
云南冶金 ＹＵＮＮＡＮ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ
Ａｕｇ．２００８ ＶｏＬ ３７．Ｎｏ．４（Ｓｕｍ ２１１）
基于ＦＬＡＣ３Ｄ上向水平分层充填采矿法数值模拟
郑友富，王洪武，曾 晟，贺桂成
（云南驰宏锌锗股份有限公司，云南 曲靖６５５０００）
摘要：为了安全高效地回收宁南骑骡沟铅锌矿区残矿，采用ＦＬＡＣ３Ｄ有限元法对上向水平分层充填采矿法 的结构参数和开采工艺过程进行了数值模拟，以便指导残矿的开采方案设计。数值模拟结果表明：上向水平分层 充填采矿法的最大控顶高度为１０ｍ，最大空区暴露面积控制在１５０—２５０ｍ２以内，采用３采１充或２采１充的回采 工艺能保证安全产生。生产结果表明：应用数值模拟结果指导采矿方法和开采工艺设计是合理的。
／‘＝（盯ｌ～盯３）一（盯１＋盯３）ｓｉｎｑｏ一２ｃｃｏｓｑｏ＝０（１） 最大拉应力准则屈服函数为：ｆ１＝０＂３一盯．（２） 式（１），（２）中Ｃ为材料的粘聚力；妒为内摩擦 角；０－为抗拉强度；们，０＂３为最大主直力和最小应力。 ２）计算参数根据骑骡沟铅锌矿区探采结合 工程可行性研究报告，数值分析力学参数见表Ｉ。
基于FLAC-3D人工假顶与采场结构参数优化
基于FLAC-3D人工假顶与采场结构参数优化
任贺旭;李占金;刘志义;陈申方
【期刊名称】《化工矿物与加工》
【年(卷),期】2016(45)4
【摘要】针对矿体破碎、支护困难的现状,河北某矿采用下向进路充填采矿法并构筑人工假顶。
为确定人工假顶承载层厚度、采场宽度与高度的最优组合,利用数值
模拟软件FLAC-3D模拟了0.4m、0.5m、0.6m3种承载层厚度下的不同采场结构参数的27个方案。
通过应力云图、顶板最大拉应力、顶板最大沉降位移的分析,结果表明,人工假顶厚度0.5m,采场宽3m,高3.5m的方案为最优方案,为矿山的安全、经济、高效的生产提供了理论依据。
【总页数】3页(P45-47)
【关键词】人工假顶;参数优化;数值模拟
【作者】任贺旭;李占金;刘志义;陈申方
【作者单位】华北理工大学矿业工程学院;河北省矿业开发与安全工程实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TD835
【相关文献】
1.基于FLAC-3D数值模拟采场底部结构设计研究 [J], 饶运章;陈辉;肖广哲;陈国梁
2.基于FLAC-3D数值模拟采场底部结构设计研究 [J], 饶运章;陈辉;肖广哲;陈国梁
3.人工砼柱置换残留矿柱采场结构参数优化 [J], 王新民;鄢德波;柯愈贤;王石
4.环境再造采场人工假顶可靠性分析 [J], 郭霆; 黄晓毅; 付碧峰; 杨平伟; 唐鸣东
5.关于使用人工假底对下部采场顶柱回收研究 [J], 孙文涛;聂孟圣;王永茂;孙潇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
分段空场嗣后充填采矿法适用条件
分段空场嗣后充填采矿法适用条件
分段空场嗣后充填采矿法是一种采矿后的矿山复垦和环境保护的方法。
它的适用条件主要包括以下几点：
1.地质条件：分段空场嗣后充填采矿法适用于含有大量固体废弃物的矿山。
矿山的矿石富含金属矿物或非金属矿物，但同时也会产生大量的矿石废料和矿渣。
2.空场条件：分段空场嗣后充填采矿法适用于已经开采过的空场。
矿山开采后形成的空场应具备一定的大小和形状，以方便进行充填作业。
空场的地质条件应符合充填材料的固化和稳定要求。
3.充填材料条件：分段空场嗣后充填采矿法需要利用矿山废弃物进行充填，因此充填材料的选取非常重要。
充填材料应具备一定的固化能力，能够将废弃物固化成稳定的体块，以防止环境污染。
此外，充填材料还应具备良好的渗透性和稳定性，以确保充填体的稳定性和安全性。
4.环境保护要求：分段空场嗣后充填采矿法的主要目的是进行矿山环境的复垦和保护。
因此，在适用条件里，必
须要求充填后的矿山空场具备良好的环境保护功能，能够
有效防止废弃物的渗漏和污染，保护周围的土壤和水资源。
总而言之，分段空场嗣后充填采矿法适用于那些已经采
矿结束的矿山，通过利用矿山废弃物进行充填，实现矿山
的复垦和环境保护。
适用条件包括地质条件、空场条件、
充填材料条件和环境保护要求。
向上式水平分层充填采矿法的优化
向上式水平分层充填采矿法的优化向上式水平分层充填采矿法是一种常用的地下采矿方法，具有适应性强、安全性高等优点。
然而，这种方法在实际应用中仍存在一些问题，如充填质量不稳定、采矿效率低等。
为了提高采矿效率和安全性，本文提出了一系列优化方案。
向上式水平分层充填采矿法是一种采矿方法，将矿体自下而上分层回采，每一层回采后，用充填料充填采空区，以控制顶板垮落和支撑围岩。
然而，这种方法在实际应用中存在一些问题，如充填质量不稳定、采矿效率低等，这些问题制约了向上式水平分层充填采矿法的进一步发展。
为了解决上述问题，本文提出了以下优化方案：采用高浓度充填料充填采空区，可以提高充填体的稳定性，减少顶板垮落和围岩变形。
同时，采用压力控制技术，确保充填料能够充分充满采空区，避免出现空洞和离层。
在回采过程中，加强矿柱的支撑，防止采空区顶板垮落和围岩变形。
可以采用加固材料对矿柱进行加固，提高矿柱的承载能力。
采用先进的回采工艺，如综合机械化回采、遥控回采等，提高回采效率，减少回采成本，同时确保回采安全。
加强现场管理工作，确保各项优化措施得到有效实施。
采用现代化的监控手段，对采场进行实时监测，及时发现和解决问题。
通过上述优化措施的实施，向上式水平分层充填采矿法可以获得以下优势：采用先进的回采工艺和技术手段，可以提高采矿效率，减少回采时间，提高产量和产值。
采用高浓度充填料充填采空区，可以确保充填质量，有效控制顶板垮落和围岩变形，提高了矿山安全生产水平。
通过加强现场管理和监控手段，可以及时发现和解决问题，改善作业环境，提高工作效率和员工满意度。
通过优化回采工艺和加强矿柱支撑等措施，可以降低采矿成本，提高矿山经济效益。
向上式水平分层充填采矿法是一种常用的地下采矿方法，在实践中存在一些问题，如充填质量不稳定、采矿效率低等。
为了解决这些问题，本文提出了优化方案，包括提高充填质量、强化矿柱支撑、改进回采工艺和加强现场管理。
这些优化措施可以提高采矿效率和安全性，改善作业环境，降低采矿成本，具有重要的实践意义和推广价值。
基于Flac3D的某矿山开采方案优选及应用
矿业工程黄 金ＧＯＬＤ２０２３年第１２期／第４４卷基于Ｆｌａｃ３Ｄ的某矿山开采方案优选及应用收稿日期：２０２３－０５－０９；修回日期：２０２３－０７－２６基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目（２０２３Ｊ１６４９）作者简介：张绍周（１９８９—），男，讲师，硕士，从事采矿理论及其运用教学与研究工作；Ｅ ｍａｉｌ：４９３６８１８２９＠ｑｑ．ｃｏｍ张绍周１，苏之品１，陈玉明２（１．昆明工业职业技术学院冶金化工学院；２．昆明理工大学国土资源工程学院）摘要：为保证某矿山安全、高效开采，根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质，应用Ｆｌａｃ３Ｄ软件分别对４种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析，结果表明：开采１２３５ｍ标高以上矿体时，采用采场矿房长４０ｍ，矿房间留２ｍ连续间柱，顶、底柱２ｍ的采场结构参数效果最优；开采１２３５ｍ标高以下矿体时，采用充填采矿法最优；符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。
研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。
关键词：数值模拟；开采方案；充填采矿法；采场结构参数；Ｆｌａｃ３Ｄ软件 中图分类号：ＴＤ８５３．３ 文章编号：１００１－１２７７（２０２３）１２－００１４－０４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２３１２０４引 言矿体在开采过程中引起应力二次分布及矿岩移动变形非常复杂，仅从理论方面对其进行计算分析很难客观、全面反应研究对象的变化过程，必须借助理论计算之外的其他研究手段［１－５］。
计算机模拟分析技术能很好地解决这个问题，借助计算机模拟软件能够很好地监测岩体在开挖过程中的应力、位移及其他一些物理量的变化过程。
目前，计算机模拟分析技术已经在岩土工程领域得到了广泛应用，也出现了很多研究方法和模拟软件，最具代表性的研究方法和软件包括：以Ｆｌａｃ３Ｄ软件为代表的有限差分法、以３Ｄ－σ和ＡＮＳＹＳ为代表的有限单元法、以Ｅｘａｍｉｎｅ３Ｄ为代表的边界元法、以２Ｄ－Ｂｌｏｃｋ和ＵＤＥＣ为代表的离散元法及其他一些研究方法，如流形元法、不连续变形分析法等［６－９］。
石人沟铁矿二步采场结构参数优化
石人沟铁矿二步采场结构参数优化许长新【摘要】为确保石人沟铁矿二步采场的生产能力和安全性，采用 FLAC3D软件对不同参数的二步采场稳定性进行了分析，得到了安全高效的采场参数。
通过分析各参数开采过程中采场顶板的应力和位移变化特征，结合顶板应力与位移分布云图，分析了各参数采场在开采过程中的稳定情况。
结果表明：当采场宽为34～35 m 时，采场顶板的最大拉应力值超出其极限抗拉强度，且最大拉应力的分布区域占顶板的90％以上，同时顶板最大位移量达45 mm，顶板易发生拉伸破坏而产生冒顶或垮塌危险。
因此，综合石人沟铁矿的采场生产能力和安全要求，二步采场的宽度宜设定为30 m。
【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】3页(P38-40)【关键词】二步采场;结构参数;最大拉应力;数值模拟【作者】许长新【作者单位】河北钢铁集团矿业公司石人沟铁矿【正文语种】中文随着采矿装备和采矿技术的迅速发展，高分段充填采矿法在黑色金属矿山得到了广泛应用[1]。
为保证矿山生产能力，提高采场生产效率，降低采矿成本，提高矿山经济效益，大多矿山采用两步骤回采顺序，即先采矿房，待矿房充填后再采矿柱。
矿房开采过程中其侧帮为矿体围岩，采场稳定性好，作业安全，生产效率和能力较大；矿柱开采过程中其侧帮为充填体，其强度远小于矿体原岩，同时矿柱受集中应力作用以及爆破振动的影响，其自身的强度及完整性较差，采场的稳定性较差，增加了矿柱的开采难度[2]。
因此，由于矿房和矿柱的开采环境相差较大，矿房和矿柱的采场结构参数宜分别进行优选分析，从而有效保证矿房矿柱安全、经济、高效回采。
石人沟铁矿[3-4]是大型露天转地下开采矿山，目前以地下开采为主。
该矿为铁硅质沉积建造变质铁矿床，矿石自然类型为石英岩型磁铁矿，矿体厚10～50 m，倾角65°～75°，平均70°，矿体围岩为黑云角闪斜长片麻岩、含铁斜长片麻岩、磁铁石英岩及中—基性岩脉，矿岩岩坚硬、稳固性好。
阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化
阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化兰明;刘志祥;李夕兵【摘要】为确定某金矿阶段嗣后充填采场最优开采参数,采用弹性厚板理论,分析不同跨度下顶柱厚度与最大拉应力的关系;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计及数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;构建最大拉应力、最大压应力和最大竖向位移的二阶响应面模型,研究各响应量之间的关系;通过多目标优化及多属性决策的方法最终实现采场结构参数的综合优化.研究结果表明:顶柱最小厚度为4.00 m;矿柱跨度及顶柱厚度对采场力学响应产生显著影响,采场最优开采尺寸是矿房跨度为29.90 m,矿柱跨度为31.40 m,顶柱厚度为5.24 m.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(050)002【总页数】9页(P375-383)【关键词】嗣后充填采场;结构参数;数值分析;响应面法;多目标优化;理想点法【作者】兰明;刘志祥;李夕兵【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TD853随着硬岩金属矿山往深部不断推进，开采技术条件及环境发生改变，浅部开采方法难以适用于矿山后续的深部开采[1]。
国内某黄金矿山所采用的浅部采矿方法为上向进路充填法，当开采至−470 m中段左右时，该方法已难以满足现有的生产要求。
为提高生产效率、节约成本及确保安全等，该矿山尝试采用中深孔落矿阶段嗣后充填法并结合上向进路法进行采场试验。
采场进行嗣后充填后，采空区及顶柱暴露面积过大或者暴露时间过长均将带来安全隐患，为确保试验采场的有序开采，需确定合理的采场结构参数[2]。
数值模拟方法[3−4]是研究采场结构的一种重要手段，它能够有效地提高设计效率，减少现场试验所带来的成本，适用性强。
刘钦等[5−7]以单一响应为目标对采场参数进行优化，通过计算得到了采场最佳参数，然而，将不同的响应作为待优化目标，不同优化结果之间极有可能是互相矛盾的，单目标优化容易造成最优解不稳定。
基于量纲分析法的分段嗣后充填法采空区顶板稳定性判别
基于量纲分析法的分段嗣后充填法 采空区顶板稳定性判别
姜桂鹏，杨桂涛，刘新刚
（甘肃省合作早子沟金矿有限责任公司，甘肃 合作 ７４７０００）
摘 要 ：随着开采深度的增加，大量铁矿山逐渐由崩落法转为充填法开采，其中分段嗣后充填法是主要的方法之一。正
确判别采空区顶板稳定性，是保证采场安全的关键前提之一。以某铁矿为工程背景，总结得到了分段空场嗣后充填法采
性。该方法简单高效，可为矿山采空区顶板参数选取、稳定性判别提供参考。
关键词 ：量纲分析 ；分段空场嗣后充填法 ；采空区顶板 ；稳定性判别 ；厚跨比
中图分类号 ：ＴＤ８５３．３４）０８－００５８－５
Stability Criterion of Roof of Gob of Sublevel Open Stoping With Subsequent Filling Based On The Dimensional Analysis
分段空场嗣后充填法采空区跨度往往较大，且岩石的矿 压强度远远大于抗拉强度，因此，在上覆压力的作用下，顶 板更容易发生破坏，顶板成为采空区稳定性的控制因素。对 采空区顶板的稳定性进行正确判别，具有重要的工程意义。
目前关于采空区顶板稳定性判别方法主要包括数值模
拟、理论分析及现场监测等 [6，7]，张敏思 [8] 等基于 RFPA 数 值模拟方法，对采空区顶板安全厚度和临界跨度进行了分 析 ；柳小波 [9] 等基于 ABAQUS 有限元数值模拟对采空区顶 板破坏机理及安全厚度进行了研究 ；王金安，孙琦 [10，11] 基 于粘弹性理论及薄板对顶板矿柱的流变力学模型进行了研 究，现有的顶板稳定性评价方法在工程实践中由于分析和计 算复杂而不方便应用 [12]，因此需要寻求一种便于工程应用 的模型分析顶板的稳定性。
阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化
阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化周乐; 许卫军; 姚维; 邱景平; 任玉东【期刊名称】《《中国矿业》》【年(卷),期】2019(028)010【总页数】5页(P138-141,179)【关键词】阶段嗣后充填法; 充填体强度; 单侧暴露; 采场尺寸【作者】周乐; 许卫军; 姚维; 邱景平; 任玉东【作者单位】东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳 110819; 长春黄金研究院吉林长春 130012; 凌源日兴矿业有限公司辽宁朝阳 122000【正文语种】中文【中图分类】TD853阶段嗣后充填采矿方法是空场采矿法和充填法的结合体，不但具有生产效率高、资源回收强度大等优点，还可以对地压进行有效控制，正逐渐成为国内外开采“三下”矿山的重要方法之一[1-3]。
虽然该方法已被广泛应用，但其中关于充填体强度的设计，国内矿山还主要采用经验公式法或类比法，这必然会造成经济上的不合理性或回采过程中的不安全性。
因此，确定充填体的合理需求强度至关重要。
国内外学者已经进行了大量研究，卢平[4]从考虑充填料强度特性的角度出发，对Thomas模型进行了修正；蔡嗣经[5]通过对国内外矿山充填体强度进行归纳分析，得出了充填体强度与其高度的半立方抛物线关系式；LIU等[6]、杜坤等[7]根据围岩开挖释放能量与充填体积蓄应变能相近原则，得到了考虑原岩地应力的胶结充填体强度设计公式；魏晓明等[8]推导了一步采中胶结充填体极限侧压状态下的数学模型，并将其用于充填配比设计。
基于以上研究成果，本文以傲牛铁矿三采区128线以南矿体为工程背景，根据充填体与围岩相互作用机理，确定了充填体强度与采场尺寸的匹配关系，为傲牛铁矿矿石回采提供了理论指导，为类似金属矿山阶段空场嗣后充填采矿开采提供理论参考。
1 矿体开采技术条件傲牛铁矿三采区128线以南矿体主要以急倾斜厚矿体为主，平均倾角75°，平均厚度15 m，矿体延深不大，最大为124线延深100 m，矿体形态变化较大，膨缩和分枝现象显著，矿体围岩主要为角闪混合花岗岩和角闪斜长片麻岩，围岩稳固性好。
新城金矿二步采场结构参数优化及应用
２．１ 岩体力学参数 材料参数是数值模拟很关键的资料，直接影响模
拟的结果。数值计算时需要对各个模块进行参数赋 值。为了确保计算的准确性，需对矿山岩体与充填体 的力学参数进行测试，以获得矿岩体的力学参数，其 主要包括矿体、上下盘围岩及充填体的弹性模量、容
收稿日期：２０１８－０４－１０；修回日期：２０１８－０７－２８ 作者简介：苏 环（１９８９—），男，宁夏银川人，工程师，主要从事金属矿山采矿工艺及技术研究工作；山东省莱州市金城镇，山东黄金矿业股份有限
应力变化特征，获得不同方案采场开采位移和应力随采场宽度变化曲线，并将优化后参数应用于工
程实践。通过断面顶板位移变形监测，证明优化参数的合理性。结合矿山生产能力要求，为确保二
步采场安全高效回采，最终获得最优的二步采场结构参数为：采场宽度 ８ｍ，高度 １０ｍ。
关 键 词 ： 分 段 充 填 采 矿 法 ； 二 步 采 场 ；结 构 参 数 ；稳定性；数值模拟
２０１８年第 ９期 ／第 ３９卷
黄 金 ＧＯＬＤ
采 矿 工 程 ３５
新城金矿二步采场结构参数优化及应用
苏 环１，张丹丹１，侯 俊２
（１．山东黄金矿业股份有限公司新城金矿；２．长春黄金研究院有限公司）
摘要：新城金矿二步矿柱采用预控顶中深孔分段充填采矿法开采。为获得最优化二步采场结 构参数，采用 Ｆｌａｃ３Ｄ对不同采场结构参数的稳定性进行计算，分析不同参数的采场开挖过程位移和
表 ２ 采场结构参数模拟方案
当采场宽度分别为 ６ｍ、８ｍ及 １０ｍ时，采场顶 板产生的最大拉应力变化趋势见图 ２。
２．２ 数值模拟方案 通过调研岩体稳定程度及与新城金矿相近矿山
的采场结构参数可知，矿房宽度取 ８～１０ｍ，采场高 度取 １０～１２ｍ。根据新城金矿二步矿柱的稳定程度 及现场开采实际情况，采场高度取 １０ｍ，采场宽度选 取 ６ｍ、８ｍ和 １０ｍ，具体计算方案见表 ２。
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基于 FLAC3D的分段空场嗣后充填法采
场结构参数优化
摘要：为实现矿山安全高效生产，确定合理采场结构参数成为矿山生产首要任务。
将经验法与数值模拟法相结合，基于Mathews稳定图法初步稳定性分析以及FLAC3D数值模拟6种方案，选取顶板位移、最大主应力作为评价因子，确定最优采场结构参数。
研究结果表明，落凼矿区最佳分段空场嗣后充填法采场结构参数为采矿跨度15m，采场长度32m，间柱宽度5m；暴露面积越小，顶板位移和最大主应力越小；暴露面积相等情况下，采场跨度越小，顶板位移和最大主应力越小。
关键字：分段空场嗣后充填法；采场；结构参数；数值模拟
0引言
在矿山生产中，采场结构参数与采场稳定性息息相关，直接影响采矿工作人员生命安全，也关乎矿山生产能力和企业效益。
数值模拟法确定最优采购结构参数具备多方案、可重复、可视化等优点，徐帅[1]基于FLAC3D进行数值计算，建立SOM模型对深埋厚大矿体采场结构参数进行优化研究。
郝益民[2]运用FLAC3D对4种方案进行数值模拟研究，确定了有利于阶段空场嗣后充填采场的结构参数。
陈晖[3]采用FLAC3D开展“三软”条件下金矿采场结构参数优化。
江飞飞[4]基于三维离散元程序3DEC对不同的一、二步骤采场宽度组合方案进行了模拟，确定了合理的采场结构参数。
龙科明[5]运用ANSYS对不同采场结构参数进行了数值模拟分析，确定了采场最优宽高组合。
因此，结合经验类比法，依靠数值模拟来确定采场结构参数，能够为拉拉铜矿采矿稳定性分析提供可靠依据。
1工程概况
拉拉铜矿落凼矿区深部矿段矿体按倾角分为三类，＜15°的水平至缓倾斜矿体、15°~35°的缓倾斜至倾斜矿体以及＞35°的倾斜至急倾斜矿体。
其中厚度
为7～8m以上的单层矿体，采用分段空场嗣后充填法开采。
2Mathews稳定图法稳定性分析
Mathews稳定图法属于一种经验预测，得到的是岩体质量、开采深度、采场尺寸和稳定性之间的关系。
设计过程以两个因子——稳定性指数N和形状因子（或水力半径）S的计算为基础，然后将这两个因子绘制在划分为“预测稳定区”、“潜在不稳定区或破坏区”和“潜在崩落区”的图上。
2.1指标的获取
指标是按Q系统分类方法，其和SRF都设为1后求得的，其结果如下
表 1所示。
表 1 矿岩的值
RQD
片状钠
71.11511 4.74
长岩
块状钠
69.71511 4.65
长岩
片岩73.39118.14
2.2稳定性指数N的计算
稳定性指数N代表岩体在给定应力条件下维持稳定的能力，定义为：
式中A为岩石强度因子，B为节理方向调整系数，C为重力调整因子。
按Mathews稳定图法进行分析，拉拉铜矿地下开采各岩组的稳定性指数如下表 2所示。
表 2 各岩组稳定性指数
A B C N
顶板钠长岩（矿
1.000.85 1.02 4.03
体）
墙钠长岩（90°帮
1.000.908.0034.13
壁）
墙片岩（90°帮
1.000.328.0020.84
壁）
2.3矿房结构参数分析
水力半径S则反映了采空区的尺寸和形状，结合公式，可计算各岩组的极限水力半径S如下表 3所示。
表 3 各岩组极限水力半径
钠长岩（矿体）
钠长岩
（围岩）
片岩
（围岩）
极限水力半径S 5.1116.4512.56
由此可大致确定该矿区采用分段空场嗣后充填法时，顶板及上下盘围岩的最
大允许暴露面积。
①按顶板稳定的水力半径S=5.11以及矿山现有采场长度为
100m计算，跨度应不得超过11.4m；②按边墙钠长岩稳定的水力半径S=16.45以
及采场长度为100m计算，采场高度20m是稳定的；③按边墙片岩稳定的水力半
径S=12.56以及采场长度为100m计算，采场高度20m也是稳定的。
以100m采场长度确定的跨度最大值为11.4m，不便于采矿作业，因此提出采
场宽度为15m和18m的优化方案，在此基础上①按顶板稳定的水力半径S=5.11，
得出采场长度极限值为32m和23m；②按边墙钠长岩稳定的水力半径S=16.45和
边墙片岩稳定的水力半径S=12.56计算，采场高度20m均是稳定的。
3数值模拟方案
3.1模型参数
模型模拟物理力学参数基于室内岩石力学试验可得到岩石力学参数，再经过
折减得到岩体力学参数，见表4。
表 4 落凼矿区折减后的矿岩力学参数
弹性模量(GPa)
泊松
比
单
轴抗压
强度
抗
拉强度
(MPa)
粘
聚力
(MPa)
内
摩擦角
(°)
容
重
(g/m3)
(MPa)钠长
岩
（矿体）
5.54
3
0.388.9
0.9
2
1.1
5
38
2.8
57
钠长
岩
（围岩）
7.79
9
0.249.1
0.9
6
1.238
2.8
18
片岩
（围岩）
7.67
5
0.297.5
1.1
4
1.039
2.9
75
充填
体
0.40.40 2.00.20.128 2.2
3.2模型构建
根据落凼矿区矿床开采技术条件，结合矿体实际赋存形态，运用FLAC3D建立
三维有限元模型。
根据采场跨度、间柱尺寸、暴露面积建立对比方案如下表 5所
示。
外附围岩尺寸按矿体尺寸的3倍建立，模型总尺寸为742m×196m×280m，如
下图所示。
图 1 数值模拟模型示意图表 5 不同方案采场结构参数
方案采场跨度
(m)
采场长度
(m)
间柱宽度
(m)
暴露面积
(m2)
方案115325480方案215323480方案318235414方案418233414方案51527.65414方案61527.63414 3.3边界条件
1.
初始地应力场。
落凼矿区矿体埋深较浅，竖直应力取自重应力。
式中为矿岩容重，，g取9.81m/s2，N/m3；为埋深，m。
水平应力随深度按梯度变化。
式中为泊松比。
1.
模型边界条件。
模型的四个侧面和底面均采用固定速度约束。
4计算结果分析
在各个方案模型外形尺寸、采矿方法均一致，只改变采场结构参数的情况下，根据FLAC3D数值模拟结果，分析各个方案的采场顶板竖向位移、最大主应力、最
小主应力情况，从而分析各个采场的稳定性。
4.1顶板位移分析
各个方案顶板竖向位移对比如下所示。
通过6个方案的对比（见图）可知，暴露面积越小，顶板位移越小；同等暴露面积下，采场跨度越小，顶板位移越小。
图 2 顶部位移对比
4.2最大主应力分析
各个方案最大主应力分布对比如下所示。
通过6个方案的对比（见图、图）
可知，暴露面积越小，最大主应力越小；同等暴露面积下，采场跨度越小，最大
主应力越小。
图 3 最大主应力对比图 4
5结论与展望
本文的研究表明，经验法和数值模拟法的结合使用能对落凼矿区分段空场嗣后充填法的采场结构参数进行优化，指导矿山安全高效生产。
1）基于经验法对矿山现有分段空场嗣后充填法的采场结构进行分析，考虑到采矿作业实际生产等问题，提出优化方案：将原有的采场跨度更改为15m和18m。
2）基于FLAC3D数值模拟，将顶板竖向位移、最大主应力作为评判指标，得到落凼矿区最优结构参数为：采矿跨度15m，采场长度32m，间柱宽度5m。
3）对于同等暴露面积间柱宽度相等的情况下，采场跨度越小，最大主应力越小，采场顶部位移和拉应力越小，采场越稳定。
6参考文献
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5。