程潮铁矿大断面采准巷道稳定性数值模拟研究
210974864_金山店铁矿无底柱分段崩落法崩矿步距数值模拟优化研究
Value Engineering0引言我国自从上世纪60年代引进无底柱分段崩落法以来，由于该采矿法拥有结构简单、产量大、机械化水平高、成本低和较为安全等优点[1]，被广泛应用于我国各大矿山[2]。
在无底柱分段崩落法矿山的崩矿步距优化研究中，计算机模拟技术越来越被重视，其中PFC 颗粒流数值模拟软件就在崩矿步距优化方面就有着诸多研究及应用，比如，丁航行等[3]利用PFC 3D 颗粒流数值模拟软件对梅山铁矿18m×20m 采场结构参数条件下所设的六组崩矿步距方案展开单漏斗放矿模拟，研究确定了最优崩矿步距为2.2m 。
李彬等[4]采用PFC 3D 数值模拟试验的研究方法，基于程潮铁矿生产实践，对不同放矿步距方案展开数值模拟放矿研究及分析，得出现行采场结构参数下最优放矿步距为3m 。
本文以金山店铁矿张福山矿区的生产实践为研究背景，通过PFC 3D 数值模拟试验，综合考虑顶部覆盖岩层和正面废石混入因素，建立单漏斗放矿模型，研究探讨金山店铁矿张福山矿区东采区最优崩矿步距。
1矿山生产概况湖北省武汉钢铁资源集团金山店铁矿张福山矿区坐落于金山店南侧，矿床倾向为170°到215°，倾角表现为西陡东缓，北陡南缓，上陡下缓。
金山店铁矿张福山矿床属于接触交代矽卡岩型铁矿床，矿体软弱破碎，分东西两个采区，其中东采区主要分为Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体。
本文重点研究Ⅰ号矿体，其矿体埋藏于地下，赋存标高为+16~-1000m ，矿体形状呈简单规则，似层状，拥有上薄而下厚，东厚而西薄的变化特点，其厚度一般为20~80m ，平均厚度为27.18m 。
矿体在平面上-340m ，水平阶段高度为70m ，采———————————————————————基金项目:武汉工程大学研究生教育创新基金（CX2019094，CX2021473）。
作者简介:魏敬芮（1997-），男，安徽淮南人，硕士研究生，主要研究方向为无底柱分段崩落法放矿；陈清运（通讯作者）（1964-），男，湖北武汉人，教授，博士，主要研究方向为矿床开采工艺与理论、岩体力学与工程。
沿空留巷预制充填采空区数值模拟研究
3-1 断顶角度 -5°
3-2 断顶角度 0°
3-3 断顶角度 5°
Z－displacement -3.0000E+00 -2.8000E+00 -2.6000E+00 -2.4000E+00 -2.2000E+00 -2.0000E+00 -1.8000E+00 -1.6000E+00 -1.4000E+00 -1.2000E+00 -1.0000E+00 -8.0000E-01 -6.0000E-01 -4.0000E-01 -2.0000E-01 -0.0000E+00
Joint Slip
Symbol:cube
Slipping now
图 3 不同断裂角度下顶板垮落图
当断顶角为-5°时，随着工作面进行推进时，由
于断裂线偏向巷道方向，所以上覆岩层会向着采空
区发生一定的弯曲，由于顶板会对上覆岩层的软弱
岩层起到一定的支撑力，软弱岩层随着工程的扰动
摘 要：为了解决沿空留巷采空区的上覆软弱岩层受工程扰动引起的围岩大变形和顶板的下沉量大等问题，本
文利用数值模拟软件 3DEC 对不同预制断裂角下的巷道顶板下沉量和沿空留巷采空区上覆岩层的下沉量进行
了分析，为解决沿空留巷造成采空区围压变形和顶板下沉提供了指导。
关键词：沿空留巷 数值模拟 顶板下沉
保国铁矿软岩巷道支护方式的数值模拟研究
保国铁矿软岩巷道支护方式的数值模拟研究刘冬;邵安林;金长宇;王旭刚;荆洪迪;范富泉【摘要】保国铁矿地下矿山软岩巷道围岩地质条件复杂,下盘围岩破碎,抗压强度低,遇水极易破碎、膨胀产生变形破坏,严重影响了矿山的开采和运输.为减缓该矿铁蛋山矿区地下开采过程中的巷道围岩变形破坏程度,提高地下工程的稳定性,保持矿山安全高效生产,对+35 m水平分段巷道进行变形监测,并采用FLAC3D软件进行数值计算,分析了保国铁矿软岩巷道在不同支护方案下,无底柱分段崩落法沿脉运输巷道围岩的位移与塑性区等情况.结果表明:在重点破坏区域采用多支护手段联合支护方案,可显著提高该矿软岩巷道围岩强度和承载能力,有效遏制动压软岩巷道破坏趋势.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2018(000)010【总页数】5页(P41-45)【关键词】岩体力学;软岩巷道;支护方案;变形监测;数值模拟【作者】刘冬;邵安林;金长宇;王旭刚;荆洪迪;范富泉【作者单位】东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819;东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819;东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819;东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819;东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819;东北大学智慧矿山研究中心,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TD353保国铁矿铁蛋山矿区地处内蒙地轴东段，内蒙台背斜和燕山沉降带的接壤地带。
矿床类型属“鞍山式”沉积变质铁矿床。
矿区内共6条矿体，主矿体连续性较好，次要矿体连续性较差。
矿体总体走向呈近SN向，倾向东，平均倾角50～65°［1］。
矿区矿体赋存条件复杂，矿体下盘围岩受构造和蚀变作用，结构破碎，岩质松软稳定性差；且下盘围岩抗压强度低、变形大、来压快，遇水极易破碎、膨胀产生变形破坏。
导致该矿山沿脉运输巷道的稳定性问题十分突出，巷道施工完毕后不久即产生开裂变形，进而产生片帮、冒落和沉降变形，严重影响了矿山的开采和运输［2］。
程潮铁矿岩体分级及其在巷道支护中的应用
黄
金
ＧｏＬＤ
程 潮 铁 矿 岩 体 分 级 及 其 在 巷 道 支 护 中的应 用
许梦国 ， 王明旭 ， 王 平 ， 甘仕伟 ， 陈顺 满 ， 徐
（ １ ． 武汉科技大学 ； ２ ． 华 中科技大学 ）
钊
摘要 ： 通过 Ｒ ＭＲ和 Ｑ ２种岩 体分 级 方法对 程 潮铁矿 进 行 了岩体 分 级 ， 将 ２种 分级 结果 比较得
出了综 合 的岩体 分 级结 果 ， 并将岩 体 分级 结果 应 用到 该矿 的 一４ ３ ０ ｉ ｎ水平 。 以此 绘 制 了 一 ４ ３ ０ ｍ 水
平的岩 体 分级 区域 图， 为巷道 支护方 法 的选择提 供 了有 效参 考 。
关 键词 ：Ｒ ＭＲ岩 体 分级 ； Ｑ岩 体分 级 ； 巷 道 支护 ； 锚杆 联 系链
巷道 要 进 行 及 时 支 护 。 不 同岩 体 条 件 巷 道 的 支 护 方法 不 同 ， 行之 有效 的支 护能节 约支 护成本 ， 确 保 巷道稳定 ， 为 矿 山安 全 生 产 服 务 。 程 潮 铁 矿 上 分 段 水平 在 不 断 地 进 行 回 采 作 业 ， 加 之 一４ ３ ０ ｍ 水 平 部 分 区域 地 质 条 件 复 杂 ， 顶 板 冒 落 和 片 帮 现 象 时 有
当量 尺寸 （ Ｄ ｅ ） 存在 对应 关 系 （ 见图１ ） 。从 图 １可 以
看出， 通过 Ｑ值 的 大小 可 以粗 略 估 算 出所 需 要 的支
护方式 ， 为巷道支护提供参考。Ｄ ｅ 是 由开挖体 的跨 度、 直径 或 高度 除 以所 谓 的 开挖 体 “ 支护 比（ Ｅ Ｓ Ｒ） ”
铁矿 一 ４ ３ ０ ｍ水 平岩体分级 的应用 ， 建立 岩体分 级 与巷 道 支 护 的 对 应 关 系 ， 为 巷 道 的 有 效 支 护 提 供
基于某铁矿采空区稳定性数值模拟分析
基于某铁矿采空区稳定性数值模拟分析
郭家能
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】矿床地下开采所遗留的采空区若不及时处理会影响矿山的安全生产及周边居民的日常生活,在采空区稳定性分析的基础上才能科学的处理采空区.以某铁矿为例,建立采空区三维数值模型,通过分析空区的最大主应力、剪切危险度等因素,得出采空区群整体稳定、局部失稳的结论,对该矿山采空区的处理提供了科学依据.【总页数】4页(P24-26,38)
【作者】郭家能
【作者单位】湖南有色冶金劳动保护研究院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.某铁矿采空区稳定性及处理数值模拟 [J], 程立年;叶振华
2.基于FLAC(3D)程序的马坑铁矿采空区稳定性分析 [J], 饶运章;杨庆明;吴国兴;陈辉;罗欢
3.某铁矿地下采空区稳定性数值模拟分析 [J], 俞海云
4.弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟 [J], 张忠政; 王雷鸣
5.某铁矿采空区稳定性的数值模拟分析 [J], 孔学伟;徐培良;杨八九;者亚雷
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
某铁矿大型地下硐室稳定性数值分析
某铁矿大型地下硐室稳定性数值分析赵春涛【摘要】利用FLAC3D软件对张家湾铁矿地下选厂硐室开挖和支护过程进行了稳定性分析,得出硐室围岩松弛区范围、监测点的位移变化规律及支护结构的内力值.结合硐室稳定性经验判据,对硐室支护前和支护后进行了稳定性的量化判定,可为硐室开挖和支护参数设计提供参考.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2015(000)012【总页数】3页(P161-163)【关键词】大型硐室;稳定性;数值分析;监测点位移;支护参数;FLAC3D【作者】赵春涛【作者单位】中冶京诚(秦皇岛)工程技术有限公司【正文语种】中文当前冶金矿山领域地下硐室支护设计多以工程类比为主[1-2]，但对于非常规的大型硐室而言，由于工程条件的差异，工程类比的可靠性较差。
数值分析技术可提供有效的量化分析结果，为硐室开挖和支护提供数据支持[3-4]。
为此，本研究基于FLAC3D软件对张家湾铁矿地下选厂硐室开挖和支护过程进行稳定性分析。
张家湾铁矿地下选厂立磨硐室，硐室断面形式为直墙圆弧拱，规格82 m×23m×31 m，直墙高24 m，硐室埋深500 m，硐室为特大型硐室，几何模型见图1。
硐室开挖影响范围内的围岩中等稳定，物理力学参数见表1。
基于FLAC3D软件，采用Mohr-Coulomb模型作为岩体本构模型[5-8]，硐室稳定性判据见表2。
2.1 毛硐稳定性数值分析毛硐在不支护的条件下，按自上而下的顺序分3次开挖进行稳定性分析，拱部1次开挖，边墙分2次开挖。
根据对称性，取半模型进行计算，物理模型见图2，硐室中部应力等值线见图3，硐室中部位移等值线见图4。
由图3、图4可知：①硐室边墙塑性区和应力松弛区深度达17 m，为硐室跨度的74%，大于经验判据的60%，边墙不稳定，发生垮塌的可能性极大；②由于边墙为分部开挖，最大位移点向边墙中下部和中上部转移，约40 mm；③拱部应力松弛区约10 m，为硐室跨度的43%，拱部稳定性较差。
程潮铁矿采矿情况介绍改动
回采工艺
采场凿岩主要采用全液压凿岩台车钻凿 水平浅孔，以7655气腿式凿岩机对矿体 边角处凿岩。孔径为40mm，孔深2m， 采场宽度为8～10m，采用旳爆落矿爆破 参数为孔距1.1m，排距0.8m，装药系数 0.8；以上次预留旳空间作为爆破自由面。
分段凿岩阶段空场嗣后充填采 矿法
采场构造参数
6、通风系统
程潮铁矿东区采用多级机站通风系统。新 鲜风流由新副井、西风井和东主井进入-430m 水平，然后经采区进风天井到各分段下盘沿脉 巷，污风由采区出风天井分别进入-375m水平 旳东西两翼回风平巷，东翼污风经东风井排出 地表，西翼污风经回风天井到-220m西出风井 石门再到西出风井排至地表。措施井、破碎系 统等特殊作业点有单独旳局部通风系统。
三、矿山建设（开拓工程）
矿山开采主要受矿体赋存条件、地质条件、设 备条件及矿石价格变化等原因影响。程潮铁矿体沿 东西走向，长近2.5公里，在-430米水平以上矿体 东、西分开，所以设计院将程潮铁矿矿体以15勘 探线为界分为东、西两区，以-430m水平为界将矿 体分为一期和接续工程两期开采。
程潮铁矿建矿以来主要采用无底柱分段崩落法开 采，该采矿措施旳特点是地表必须崩落，在采场上 方形成覆盖层。按由上往下顺序进行开采。
谢谢大家！
4、溜破系统
4.1 破碎站
西区箕斗井粗碎硐室设在-552m水平，装有2 台900mm×1200mm颚式破碎机。矿石由卸 矿峒室卸入主溜井（上部矿仓），由 1600mm×9000mm重型板式给矿机经过计量 皮带运送机供给900mm×1200mm颚式破碎 机，破碎后旳矿石由排矿口进入下部矿仓。
措施井粗碎硐室设在-470m水平，装有2台 900mm×1200mm颚式破碎机。溜破系统与 西区箕斗井溜破系统相同。
断层对露天矿边坡稳定性影响数值模拟
断层对露天矿边坡稳定性影响数值模拟侯林【摘要】为研究断层对露天矿边坡稳定性的影响,以国内某露天矿为例,通过对矿区地质条件的分析,确定岩土体物理力学指标,建立含断层的典型数值模拟剖面.根据建立的典型剖面,利用数值模拟软件FLAC3D进行边坡变形破坏数值模拟.【期刊名称】《露天采矿技术》【年(卷),期】2017(032)009【总页数】4页(P59-62)【关键词】露天矿;边坡;断层;数值模拟【作者】侯林【作者单位】山西煤炭运销集团猫儿沟煤业有限公司,山西忻州 036500【正文语种】中文【中图分类】TD824.7露天开采具有大型化、机械化、综合化等特点，随着开采深度的不断增加，生产过程中的问题逐步凸显，同时边坡安全性引起大家的广泛关注。
露天矿边坡安全问题研究既有理论的指导意义，又具有鲜明的实践意义。
边坡安全研究建立在多学科的基础上，对复杂的多学科边缘问题综合分析，研究结果最终用于生产实践[1]。
露天矿边坡失稳、变形、破坏是由多种因素作用下引起，在研究过程中显得极为复杂且十分困难，对于该问题，普遍采用模型试验研究、理论研究和数值计算分析相结合的研究方法，以理论分析为基础，利用试验研究和数值分析等手段，得出边坡变形破坏机理和变形破坏规律[2]。
目前，对于这类问题，国内外一般运用的数值分析方法有：有限差分法、有限元法、边界元法、离散元法及流形元法等，其中有限元数值分析方法在处理各种边界和边界条件的组合问题相对较容易，因而常被人们所使用且已达到非常高的使用水平。
露天矿边坡与其它类型边坡主要的不同点之一在于人们不能轻易去改变周围的地质条件，导致露天矿边坡在断层、弱层、构造破坏作用下，边坡自身的变形破坏机理及自身稳定分析成为及其复杂的问题，特别是含断层的露天矿边坡，成为安全生产的重要隐患[3]。
鉴于此类复杂条件下的边坡稳定问题，依据传统的极限平衡理论，在地质构造等因素影响下对边坡变形破坏的整个过程进行论述、分析，无法清晰的揭示出变形破坏机理，进而影响边坡稳定性预判[4-5]。
保安矿柱回采诱发地表变形规律数值模拟分析
保安矿柱回采诱发地表变形规律数值模拟分析高志国;徐铁军;杜建华;曹华兵;陈宏涛;石劲【摘要】掌握保安矿柱回采过程中的地表变形规律,对保护地表的建筑物和构筑物有重要意义.以程潮铁矿为背景,采用FLAC3D数值模拟分析方法,从地表水平变形、地表沉降、选厂位置地表变形、应力分析和塑性区分析等5个方面对西区保安矿柱回采过程的地表变形进行了分析,得出了地表变形规律,并提出回采建议.【期刊名称】《现代矿业》【年(卷),期】2013(000)001【总页数】4页(P45-48)【关键词】矿柱回采;数值模拟;地表变形;规律分析【作者】高志国;徐铁军;杜建华;曹华兵;陈宏涛;石劲【作者单位】武汉钢铁集团矿业有限责任公司程潮铁矿;中色地科矿产勘查股份有限公司;北京科技大学土木与环境工程学院;武汉钢铁集团矿业有限责任公司程潮铁矿;武汉钢铁集团矿业有限责任公司程潮铁矿;武汉钢铁集团矿业有限责任公司程潮铁矿【正文语种】中文采矿实践中，为保护地表的建筑物和构筑物不受地下采矿的影响，普遍采用留设保安矿柱的方法，但要因此损失一部分矿产资源。
随着经济的发展和充填采矿技术的提高，越来越多的矿山开始考虑使用充填采矿法对保安矿柱进行回收，以提高矿产资源利用率，增加矿山的经济效益和延长矿山服务年限。
在矿柱回收过程中，地表变形的发展规律以及对地表建筑物和构筑物影响情况需要进行前期研究。
程潮铁矿采用无底柱分段崩落法采矿，为保护地表选场，在西区留设了保安矿柱。
目前，程潮铁矿计划在选场不搬迁的情况下，采用点柱式上向分层充填采矿法对保安矿柱进行回采，并控制地表变形。
采用FLAC3D数值模拟方法对程潮铁矿西区－230～－500 m水平保安矿柱回采过程进行模拟，分析地表变形规律和对选场的影响，为保安矿柱安全回采提供理论依据。
1 模型的建立程潮铁矿西区－230～－500 m水平范围内保安矿柱分别属于两个独立矿体，形状极不规则，－360 m以上矿体范围相对较小，向下逐渐变大。
武钢程潮铁矿采场放矿规律及放矿步距优化研究
武钢程潮铁矿采场放矿规律及放矿步距优化研究武钢程潮铁矿是应用无底柱分段崩落法比较典型的矿山，经过多年的采矿生产，采场结构参数不断扩大、优化，采矿效率和生产能力得到了很大的提高。
但是随着采矿生产的不断深入，生产潜力需得到进一步的挖掘，因此加强对大结构参数情况下采场放矿规律的研究，指导采场结构参数的优化，进一步降低回采损失率，提高采场的回收率，有着非常重要的意义。
论文结合程潮铁矿采场的实际情况，进行采场放矿规律的研究，寻求合理的放矿结构参数，特别是对放矿步距进行优化，从而确定合理的中深孔爆破参数和回采方案来提高矿石回收率，降低生产成本，促进生产的稳定。
为达到该研究目的，论文从以下几点开展工作：首先，进行放矿理论的研究，分析无底柱分段崩落法下崩落矿岩的物理性质和流动特性，找出影响放矿回收效率的因素；其次在实验室通过物理相似模拟试验，针对采场结构参数进行正交放矿模拟试验，根据模拟散体颗粒的移动过程探索崩落矿岩的运动规律；然后结合程潮铁矿采场实际情况，应用PFC软件进行三维数值模拟放矿，并对采场结构参数的放矿步距进行优化；最后综合分析实验室物理相似模拟试验和计算机数值模拟试验，并结合实际生产实践，给出加大当前放矿步距的措施建议，以此来提高采场矿石回收率，减少矿石的损失浪费。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.netSeriesNo.314August 2002 金 属 矿 山METALMINE 总第314期2002年第8期
郭廖武,武钢矿业有限责任公司,副经理,高级工程师,430080湖北省武汉市青山区建设路。
程潮铁矿大断面采准巷道稳定性数值模拟研究郭廖武(武钢矿业有限责任公司)王艳辉 宋卫东(北京科技大学)
摘 要 针对武钢程潮铁矿采准巷道净断面尺寸增大、巷道稳定性下降的状况,采用数值计算方法对程潮铁矿巷道支护方案进行优化计算,并给出合理的支护方案。关键词 巷道断面 数值模拟 支护
TheNumericalSimulationStudyontheStabilityofLargeCrossSectionProparatoryWorkingsatChengchaoIronMine
GuoLiaowu(WuhanSteel’sMiningCo.Ltd) WangYanhui SongWeidong(UniversityofScienceandTechnologyBeijing)
Abstract Inviewoftheincreaseofthefinalcross2sectionofpreparatoryworkingsandthedecreaseoftheworkingsstability,thenumericalcalculationmethodwasusedtooptimizethecalculationofthesupportingmethodandfindouttherationalsupportingscheme.Keywords Cross2sectionofopenings,Numericalsimulation,Supporting
程潮铁矿是武钢的主要矿石生产基地之一。矿山开采采用无底柱分段崩落法。其采准巷道断面尺寸为3.2m×3.2m,为满足大型无轨地下采矿设备的正常使用,采准巷道净断面尺寸拟增大到3.8m
×3.6m,即增加到1.34倍。采准巷道采用锚喷网支护,支护率达到100%,根据现场实际统计,巷道的平均破坏率在15%～20%。那么,巷道断面尺寸增大后,其稳定性必将下降,采用何种支护,其参数如何才能保证巷道在服务期内安全稳定?
然而,影响巷道稳定性的因素是多方面的,主要有:原岩应力的大小和分布、岩体结构、岩块和结构面的力学性质、巷道断面形状和尺寸、施工方法等等,这些因素相互制约、错综复杂。其中,岩体结构和力学性质为岩体所固有的,是反映本身质量的;而巷道断面尺寸和施工方法、支护方法等则是人为的因素,是可变的;不同的因素对围岩稳定状态的影响是不一样的。在这些因素中,经验方法占有重要的地位。随着岩石力学与计算机的发展,理论方法越来越起到不可忽视的作用。本文结合程潮铁矿巷道结构参数的确定,采用数值计算方法,计算在巷道高度、宽度以及巷道间距和阶段高度一定的情况下开挖巷道,支护参数对巷道稳定性的影响,并在此基础上提出更为合理的参数值。
1 研究方法的选择该研究采用数值模拟方法,该方法认为是一种求解各种结构工程问题的最有效的方法之一,且具有成本低、参数变化灵活、运算速度快、试验周期短等优点。在岩土工程稳定性分析中,有限元是较成熟和应用广泛的数值分析工具。目前国内外已经研究开发许多大中型数值分析软件,其中具有代表性的有西安矿业学院刘怀恒教授开发的NCAP系列有限元软件、北京大学殷有泉教授开发的NOLM岩土系统非线性应力变形稳定性分析软件、美国I2TASCA公司开发的FLAC有限差分软件、奥地利INNOBRUCK大学和中国科学院共同开发的FI2NAL软件等。各软件的特点如表1所示。综合上述软件的功能并结合研究目的,选择FLAC2D3.30版本软件进行数值计算。该软件是针对岩土工程开发的,且具有非线性大变形分析功能。它采用显式有限差分法来获得模型全部运动方程的时间步长解,从而可以追踪材料的渐进破坏和垮落,
这对采矿工程设计(如开采顺序和开采参数确定)是非常重要的。
・61・© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
表1 各种有限元软件功能对比种类前处理后处理能否处理大变形是 否非线性计算维数是否考虑时间因素岩土工程要求NACP不好一般不能可以2D、3D可以适应NOLM一般一般不能可以2D不能适应FLAC好好可以可以2D、3D3D可以适应ALGOR好好可以可以2D、3D可以不适应ADINA好好可以可以2D、3D可以不适应FINAL好好可以可以2D、3D可以适应 本文针对程潮铁矿采场结构参数进行数值模拟,然后进行结果分析。所涉及的岩体以铁矿石为主,属弹塑性材料,计算采用Mohr-Coulomb屈服准则:fs=σ1-σ31+sinφ1-sinφ+2c1+sinφ1-sinφ,(1)式中,σ1、σ3分别是最大、最小主应力,c、φ分别为材料粘结力和摩擦角。当fs<0时,材料将发生剪切破坏。材料在达到屈服极限后,在稳定的应力水平下产生塑性变形。在拉应力状态下,若拉应力超过材料抗拉强度,材料发生拉破坏。通过上述数值计算结果,预测边缘围岩体是否发生塑性破坏,围岩局部是否发生应力集中,在无支护状态下岩体是否发生跨落等,然后采取合理的支护方案。2 计算参数选取及模型的建立2.1 计算参数的确定数值计算分析问题能否获得符合实际的结果,首先取决于力学计算参数的合理性,而计算参数的选择问题一直是岩土工程界关注的研究重点。在充分利用程潮铁矿现有的力学试验数据的基础上,补充进行了主要岩石的现场点载荷试验和岩体弱面抗剪强度试验。岩石力学参数的取值是根据岩块的试验结果为主要依据,并考虑到试件的尺寸效应、围岩所处环境因素的影响等,对试验结果进行合理的处理得到的,如表2所示。2.2 采场巷道计算模型根据研究内容和力学特点,建立了2个分段水平的采场巷道岩体力学数值计算模型。由于程潮铁矿是厚矿体开采,在平行于矿体走向剖面,即垂直进路方向,采场巷道基本属于平面应变问题,矿柱的力学状态可近似成二维平面问题。为此,建立了平行矿体走向的巷道平面力学模型。表2 数值模拟计算岩体力学参数名 称体积质量/(kg・m-3)抗压强度σ/MPa抗剪强度C/MPaφ/(°)弹性模量E/(104MPa)泊松比
μ
磁铁矿442075.674.2526°48′5.90.28
大理石266058.53.8026°06′5.100.26
矽卡岩302064.562.5026°29′5.040.22
花岗岩278084.63.4527°16′6.060.22
石英长石斑岩273073.324.7022°38′5.700.28
闪长岩263075.723.9025°53′4.610.21
闪长玢岩263064.32--5.980.26
图1是根据优化后的采场结构参数建立的平行于矿体走向的平面模型。模型总长60m,高50m,
包括-377.5m水平的3条进路和-395m水平2
条进路的巷道。分段高度17.5m,在同一水平上,
各进路巷道宽度3.8m,高3.6m,进路间的矿柱宽11.2m。模型上部距地表484m。计算进路开挖顺序是由上层至下层,由左边至右边。计算模型共划分有1200个四边形平面单元,用于分析不同开采顺序和巷道支护方式对围岩力学性态和稳定性的影响。
图1 平行于矿体走向的平面模型(单位:m)模型两侧面分别限制水平移动,模型底面限制垂直移动。模型上部施加自地表+84m～井下-400m岩体自重σy=γH=-9.5MPa)。根据现
场地质勘察揭示的构造应力场特征,在模拟计算中,
沿进路水平方向取水平应力σx=10.8MPa;在垂
直进路方向的水平应力σx=12.5MPa。
3 计算结果分析当一条进路掘进后,巷道的围岩应力分布发生较大的变化,在进路围岩中形成成对的应力集中现・71・
郭廖武等:程潮铁矿大断面采准巷道稳定性数值模拟研究 2002年第8期© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
象。进路顶板围岩最大主应力由初始状态的-13.9
MPa增加到-20MPa,进路围岩的最小主应力为2～-24MPa,其中围岩中最大拉应力为2MPa,发生在巷道的底板,围岩中的最大剪应力为9MPa。此外,在两端产生-18MPa左右的压应力作用。自左至右顺序开挖第二、三条进路,新开挖的巷道对应力场影响较大,主要表现为应力增加,范围增大。最大主应力增加到-22MPa,位于巷道的两帮,最小主应力增加到2MPa,主要作用于顶板。进路开挖后,围岩的塑性区与破坏区分布在巷道周围,当一条进路开挖后,其塑性区主要分布的巷道的顶板和底板,而其顶板更容易发生塑性破坏。相邻进路开挖可有效降低其塑性区范围,但新开挖巷道的塑性区加大,所以,巷道群整体的塑性区范围是增加的。综合程潮铁矿具体工程地质和采掘技术条件下,水平进路在两帮的破坏深度为0.8m,顶底板中的破坏深度大于两帮,约1.2～1.6m。进路开挖所引起的巷道围岩的相对位移,巷道顶板、顶板和两帮围岩位移量在20mm左右,均指向巷道内部。根据实际经验,结合程潮铁矿的具体情况,对开挖后的巷道采取合理的支护措施,即垫板砂浆锚杆长度为2000mm,锚杆排间距a×b=800mm×800mm,喷层厚度50mm。计算表明,水平方向的最大主应力由-28MPa下降到-21MPa,垂直方向的最大主应力由-26MPa下降到-16MPa,且垂直方向的拉应力由2MPa降到1MPa,巷道围岩的塑性区局部消失,而且岩体位移量降至2mm。在上分段支护条件下,对下分段实施分布开挖,
巷道围岩的应力增加,其中水平方向的最大主应力由-21MPa增加到-30MPa,作用于巷道的顶板和底板,垂直方向的最大主应力稍有增加,巷道的顶板和两帮产生不同程度的塑性区,岩体的位移量达到22mm。经过喷锚网支护后,巷道围岩的塑性区局部消失,只在上分段水平的右侧巷道的底板存在少量的塑性区,围岩的位移下降到2.5mm,说明支护效果是明显的,其巷道支护结构如图2所示。
图2 巷道支护结构4 结 论(1)通过数值模拟计算分析,对巷道稳定性获
得两个方面的认识:①对进路围岩有无支护,围岩的应力、破坏和变形有明显的区别。②从围岩应力分布状况和变形量方面分析,实行及时支护效果好。(2)通过数值模拟计算,反映出岩体应力分布