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露天转地下开采不同坡高影响下覆岩采动响应特征研究

发布日期:2020-09-14  来源:金属矿山  作者:罗 浪  浏览次数:160
         以云南滇池周边典型的缓倾斜含软弱夹层中厚矿床露天转房柱法地下开采为研究背景,通过现场勘查取样和室内岩石力学试验,基于 AutoCAD、ANSYS 和 FLAC3D等软件进行耦合建模,对倾角为 45°时边坡高度为50 m 和 80 m 的上覆岩层位移与应力响应特征进行动态模拟和对比分析。研究结果表明:在露天终了边坡为 50 m时,地下开采对覆岩影响相较 80 m 坡高小,此时围岩相对稳定,塑性区面积较小,整个岩体处于相对稳定状态。天终了边坡为 80 m 时,开采对覆岩的扰动较大,回采完毕后矿柱处于临界破坏状态,塑性区较 50 m 坡高进一步发育并延伸至坡面,不利于矿山的安全稳定。研究成果确定了该矿山露天终了边坡的合理高度范围,对矿山的安全、经济生产具有重要的理论指导意义。

磷矿是我国重要的战略资源,自上世纪 50 年开始,经过数十年持续高强度的开采,绝大多数露天矿山已经进入深凹露天开采阶段,大部分矿山正在或者已经转入深凹地下开采。露天矿进入深凹开采阶段后,一方面采场水平不断延深,采场作业尺寸逐渐缩小,工作宽度变窄,运输效率降低;另一方面露天边坡越来越高,边坡控制和管理的难度愈加困难,对安全生产的威胁日益加剧。因此,随着露天坑的延伸扩大,剥采比增幅显著,并形成了深凹底坑和陡峭的露天终了边坡,使得矿山开采不仅技术难度加大,而且无经济效益可言。矿山露天转地下开采后露天终了边坡及坑底周围岩体与地下开采组成统一的复合开采系统。露天终了边坡及坑底周围岩体在露天开采时期受到开挖卸荷的应力扰动,在局部地段产生应力集中,并在坡体内形成潜在滑坡体。在此基础上再转入地下开采阶段,地下矿体开挖对其造成二次扰动,并随着开挖空间的推进,二次扰动效果的动态叠加,不断地影响并改变其应力与变形状态。因此,露天转地下开采是一项复杂的系统工程,它不是一个孤立的过程,需要把露天和地下作为一个整体,通过科学规划和完美衔接,实现总体安全高效开采[1-2]。

以云南滇池周边典型的缓倾斜含软夹层中厚磷矿床露天转房柱法地下开采为研究背景,通过现场勘查取样和室内岩石力学试验,利用 CAD、ANSYS和FLAC3D等软件构建在倾角为 45°条件下露天终了边坡为 50 m 和 80 m 的 2 种不同坡高的仿真分析模型在房柱法开采扰动下对上覆岩层位移与应力响应特征进行分析研究。研究表明:在露天终了边坡为 50m时,地下开采对覆岩影响相较 80 m坡高小,此时围岩相对稳定,塑性区面积较小,整个岩体处于相对稳定状态。露天终了边坡为 80 m 时,开采对覆岩的扰动较大,回采完毕后矿柱处于临界破坏状态,塑性区较 50 m 坡高进一步发育并延伸至坡面,不利于矿山的安全稳定。因此,综合经济和安全性考虑,建议控制露天终了边坡高度在 50 m至 80 m之间。

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