東升廟鉛鋅礦緩沖墊層最小安全厚度的數(shù)值模擬研究.pdf

1、金屬和非金屬礦山的采礦方法分為空?qǐng)霾傻V法、崩落采礦法和充填采礦法。在礦山開采過程中,采用空?qǐng)霾傻V法必將留下大量的礦柱需要回收,也會(huì)留下大量的復(fù)雜采空區(qū)需要處理。東升廟鉛鋅礦的采空區(qū),采用強(qiáng)制崩落上盤及頂板圍巖的方式,形成一定厚度的巖石緩沖墊層。這種處理采空區(qū)的方法能夠及時(shí)降低和轉(zhuǎn)移空區(qū)上盤圍巖的應(yīng)力,減弱應(yīng)力集中的現(xiàn)象,控制了空區(qū)的地壓,消除了空?qǐng)?。該處理方?經(jīng)濟(jì)合理、成本低、工序簡單,能夠提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益和安全能力。當(dāng)頂板圍巖大面

2、積冒落,形成高速氣浪,對(duì)生產(chǎn)巷道中的人員和設(shè)備造成危害,以及冒落巖體對(duì)采空區(qū)下部結(jié)構(gòu)體動(dòng)力沖擊造成的損壞,都可以用適當(dāng)厚度的巖石緩沖墊層防護(hù)。緩沖墊層的厚度若過大,會(huì)造成對(duì)炸藥等材料的浪費(fèi),經(jīng)濟(jì)上不合理;若過小,起不到消波和吸收沖擊能的作用,對(duì)人員,設(shè)備和巷道都會(huì)造成傷害。研究緩沖墊層的最小安全厚度,是解決崩落圍巖處理采空區(qū)問題的關(guān)鍵。
　　本課題以東升廟鉛鋅礦2號(hào)和11號(hào)礦體礦柱回收和采空區(qū)處理為背景,展開對(duì)最小巖石緩沖墊層的研

3、究。
　　首先根據(jù)工程類比法得出巖石緩沖墊層最佳厚度的范圍為14m~22m。然后選用并運(yùn)用離散元軟件PFC2D對(duì)東升廟鉛鋅礦采空區(qū)頂板冒落巖體沖擊采空區(qū)下部結(jié)構(gòu)體及巖石緩沖墊層建立相關(guān)的模型,并進(jìn)行其冒落沖擊動(dòng)態(tài)過程的模擬,直觀形象地看到這一現(xiàn)象從發(fā)生到結(jié)束的全過程。在14m~22m的范圍內(nèi)選取14m、16m、18m、20m、22m五組墊層厚度進(jìn)行模擬,最終通過比較這幾組墊層的模擬結(jié)果,發(fā)現(xiàn)當(dāng)墊層厚度為20m和22m時(shí)采空區(qū)下部結(jié)

4、構(gòu)體的裂紋數(shù)為零,并且受到的沖擊應(yīng)力小于采空區(qū)下部結(jié)構(gòu)體能夠承受的最大應(yīng)力,即20m是模擬得出的巖石緩沖墊層的最小安全厚度。借鑒土力學(xué)與接觸力學(xué)中關(guān)于最佳土墊層厚度的計(jì)算,我們得到最佳巖石緩沖墊層的厚度為17.7m,考慮到實(shí)際情況的復(fù)雜性和計(jì)算過程中對(duì)模型的簡化,在此基礎(chǔ)上乘以安全儲(chǔ)備系數(shù)1.1,得到計(jì)算結(jié)果為19.5m。
　　綜上所述,通過模擬和理論計(jì)算兩種方法得到的巖石緩沖墊層厚度基本一致,也就是巖石緩沖墊層的最小安全厚度為2