某萤石矿开采岩层移动角数值模拟研究-中国矿业114网 - 银河博彩娱乐网站大全,澳门银河官网,银河博彩app 
首页 >> 文献频道 >> 矿业论文 >> 正文
某萤石矿开采岩层移动角数值模拟研究
2018-05-15
为保证某萤石矿的安全可持续生产,在分析岩层移动角的基础上,采用FLAC3D 三维 有限差分软件,模拟计算矿体在开采过程中发生的地表沉降量,进而计算地表水平变形值及倾斜变 形值,参照建筑物破坏等级来评判其安全性;通过数值模型模拟不同开采移动角的地表沉降值,确 定矿山上、下盘围岩开采最大移动角均为77°,在保证盲竖井20 m 安全距离的前提下,确定开采移 动角为75°,符合开采要求,并能够确保建构筑物安全。
Serial No. 588 April. 2018 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 588期 2018 年 4 月第 4 期 某萤石矿开采岩层移动角数值模拟研究 1 刘ꢀ 飞 ꢀ 熊贤亮 2 ( 1. 安徽省旌德县安全生产监督管理局;2. 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司) 3D ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为保证某萤石矿的安全可持续生产,在分析岩层移动角的基础上,采用 FLAC 三维 ꢀ 有限差分软件,模拟计算矿体在开采过程中发生的地表沉降量,进而计算地表水平变形值及倾斜变 形值,参照建筑物破坏等级来评判其安全性;通过数值模型模拟不同开采移动角的地表沉降值,确 定矿山上、下盘围岩开采最大移动角均为 77°,在保证盲竖井 20 m 安全距离的前提下,确定开采移 动角为 75°,符合开采要求,并能够确保建构筑物安全。 关键词ꢀ 地下矿山ꢀ 岩层移动角ꢀ 数值模拟ꢀ 地表变形 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2018. 04. 048 Simulation Study on the Moving Angle of the Mining Rock Layers of a Fluorite Mine 1 2 Liu Fei ꢀ Xiong Xianliang 1. Bureau of Safety Production Supervision and Administration of Jingde County in Anhui Province; . Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ In order to guarantee the safety and sustainable production of a fluorite mine, based on ( 2 3 D the analysis of moving angle of rock layers,FLAC finite difference software is adopted to conduct simula- tion calculation of surface subsidence during the mining process, and to calculate the horizontal deforma- tion value and tilt deformation value,and the mining safety is evaluated based on building damage grade. By conducting numerical simulation of the surface subsidence corresponding to difference moving angle, the maximum moving angle of the upper and lower surrounding rock mass mining is determined as 77°, under the premise of the safety distance of blind shaft is 20 m,the corresponding mining moving angle is 7 5°,which is suitable for the mining requirements,and safety of the buildings in the mining area can be guaranteed. Keywordsꢀ Underground mine,Moving angle of rock layers,Numerical simulation,Surface deforma- tion ꢀ ꢀ 某萤石矿开采近 20 a,井下形成采空区较多,原 石移动范围之内时,为了保护井筒及其建筑物,需要 [2] 岩应力平衡被破坏,围岩出现了变形、移动。 随着继 续向深部开采,围岩变形、移动和破坏将会进一步加 剧。 因此,必须对地下开采引起的上覆岩层的移动 规律及其对地表移动的影响和采场地压分布规律进 设置保安矿柱 。 为实现该矿山的安全生产及可 持续发展,在回采过程中,如何科学合理地确定矿山 地下开采的岩体移动角,是一项亟待解决的问题。 1 ꢀ 工程概况 [ 1] 行研究 。 某萤石矿采用平硐-盲竖井开拓方式,生产规模 在特殊条件下,当不适宜把主要开拓巷道布置 在岩石移动范围之外时,或者对已投产的矿井在井 筒附近发现新矿体、矿体向下延伸使得井筒落入岩 为 6 万 t/ a,采用浅孔留矿采矿法和中深孔留矿采矿 法,目前已经开采多年,井下形成较多空区,而且在 生产探矿的过程中发现了新的矿体,如果按照传统 的移动角圈定开采移动范围,为保证盲竖井的安全, # ꢀ ꢀ 刘ꢀ 飞(1989—),男,助理工程师,242600 安徽省旌德县旌阳镇 必须在Ⅰ 矿体+256,+216 m 及以下中段预留保安 胜利西路 9 号。 矿柱,保安矿柱矿量达 6. 78 万 t,资源浪费严重,按 1 82 ꢀ ꢀ 刘ꢀ 飞ꢀ 熊贤亮:某萤石矿开采岩层移动角数值模拟研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2018 年 4 月第 4 期 照目前原矿石价格计算,直接经济损失将达到 8100 万元,因此,矿山必须对地表位移变化及井下地压活 动规律进行研究,在保证安全的基础上最大限度地 回收资源。 2ꢀ 构建筑物的损坏程度与地表变形的关系 地表构建筑物的损坏是地表变形传递给构筑物 基础而引起的。 在井下回采过程中,地表可能产生 下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形,构建筑物则 随之产生相似的变形。 但由于构建筑物具有一定的 承受能力,因此,地表变形与构建筑物变形存在不一 致性,两者之间的关系与构建筑物基础的材质、规格 以及力学性质有关。 如果构建筑物的变形值超过了 规范要求的允许变形值,构建筑物将遭受破坏。 2. 1ꢀ 构建筑物破坏等级评判标准 矿山采掘工程均位于花岗闪长岩侵入体内,岩 体结构均匀致密,裂隙不发育,呈完整状,强度高,但 局部有断层,断层中有多处可见的正角砾型矿石结 构,由于萤石矿本身性脆,受构造影响,裂隙十分发 育,矿石相当破碎,其稳固性较差。 根据该萤石矿岩 体实际的赋存情况,并结合矿山已有的岩石力学数 据,确定该萤石矿的岩石物理力学指标,见表 1。 表 1ꢀ 花岗闪长岩物理力学指标 我国目前对构建筑物保护等级的划分尚无统一 规定,且非煤矿山在这方面研究工作较少。 国内有 关的几个煤炭矿务局均各自划分标准,但评判标准 差别不大,本次研究参照唐山煤研所根据枣庄和峰 峰等矿区的实测资料总结的构建筑物保护等级与地 密度 ρd 抗压强度 抗拉强度 弹性模量 泊松比 黏聚力 内摩擦角 3 / (g/ cm ) R / MPa R / MPa E / GPa μ c/ MPa ϕ/ (°) 2 . 64 55. 09 4. 57 51. 84 0. 33 5. 71 40. 3 [3] 表变形值的关系 ,见表 2。 ꢀ ꢀ 注:岩石为风干状态。 表 2ꢀ 建筑物的保护等级及允许变形值 破坏(保 护)等级 地表变形值/ (mm/ m) 构建筑物重要程度 构建筑物 倾斜变形 水平变形 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 对采动很敏感,只允许微小变形的地面构建筑物 发电厂、冶金厂、炼油厂、井架等 一般工厂、学校楼房、铁路、车站等 一般房屋、铁路支线等 ≦ 2. 5 ≦ 5. 0 ≦ 1. 5 ≦ 3. 0 ≦ 6. 0 ﹥ 9. 0 对采动较敏感,允许一定变形,但变形后不难修善的构建筑物 对采动不敏感,能承受较大变形,加强维修即可使用的构建筑物 价值不高的并能经受较大采动影响的构建筑物 ≦ 10. 0 ﹥ 15. 0 石房、木房等 2 . 2ꢀ 位移与变形的关系 目前我国对构建筑物破坏等级标准 采用水 ε = UC - UD , (2) [ 4] lCD 式中,ε 为地表水平变形,mm/ m;UC 为 C 点水平位 移值,mm;UD 为 D 点水平位移值,mm;lCD 为 C、D 两点水平距离,m。 平变形和倾斜变形来评判,而采取数值模拟计算的 地表位移值应进行转换。 地表倾斜及水平变形计算 图见图 1。 3 ꢀ 岩层移动角数值模拟 3 . 1ꢀ 数值模型建立 传统的刚体极限平衡计算分析适用于金属材 料,但对于岩体这类有塑性变形的材料来讲,太过于 理想化,不能体现岩体变形过程中应力与应变的影 响,为了更好地分析不同因素对岩层移动角的影响 3 D 程度,本研究利用 FLAC 对萤石矿剖面建立数值 图 1ꢀ 地表倾斜、水平变形计算图 地表倾斜变形 i 为地表下沉盘地沿某一方向的 坡度值,即 [ 5] 模型 。 该 萤 石 矿 矿 体 走 向 长 140 余 m, 延 深 至+216 m 中段,平均厚 5 m。 为了减少模型边界对 计算结果的影响,模型边界距开挖边界选取 3 倍左 右的采场大小。 模型高 430 m 左右,宽 230 m,长 = WB - WA iAB , (1) lAB 2 00 m,几何计算模型见图 2。 式中,iAB 为倾斜变形,mm/ m;WA 为 A 点沉降值, mm;WB 为 B 点沉降值,mm;lAB 为 A、B 两点水平距 离,m。 由于地表第四系厚度较小,相对于模型可忽略 不计,故本次模型未考虑地表第四系的影响。 模型 按不同的矿岩性质及开挖顺序进行分组:围岩、开采 矿体、暂不开采矿体,共包括90 119个单元,20 675 地表水平变形 ε 为移动盆地内一线段两端点的 水平移动差与此线段长度之比,即 1 83 总第 588 期 现代矿业 2018 年 4 月第 4 期 图 5ꢀ 开挖计算模型 图 2ꢀ 几何计算模型 个节点,三维计算模型见图 3。 图 6ꢀ 开挖后垂直方向应力云图 图 3ꢀ 三维计算模型 3 . 2ꢀ 开采方案模拟计算 只考虑自重应力,模型 Z 方向的初始应力场见 图 4。 可知,数值模拟计算的初始地应力场分布与 自重地应力场很接近,仅在矿岩接触区域(网格划 分不均匀造成)与端部存在地应力等值线起伏和应 力集中现象,对模型计算域结果影响不大,可以满足 计算的要求。 图 7ꢀ 开采位移监测点布置 图 4ꢀ 垂直方向初始应力云图 对模型进行数值模拟,将开采矿体部分进行开 挖(图 5),垂直方向的应力分布云图见图 6。 可知, 在垂直方向上,主要的应力是由岩体的自重产生,由 于开采扰动的影响,破坏原有应力平衡,致使应力重 新分布,达到最终平衡,采空区周边纵向应力为 2 ~ 6 MPa。 模型共布置 14 个监测点,各监测单元水平开挖 后间距为 10 m。 监测点布置见图 7。 由于监测点较多,仅列出具有代表性的 10 、11 # 图 8ꢀ 10 监测点位移变化情况 # # 建立模型,可以判断出矿体开采已经造成沉降,影响 # 到了地表建构筑物。 数值模拟计算结果表明, 1 ~ 监测点竖直及水平位移曲线,见图 8、图 9。 各个监 测点水平及竖直位移统计见表 3。 # 1 0 监测点竖直及水平位移均小于Ⅰ级保护类型的 4 ꢀ 结ꢀ 论 # 允许变形值,其中 10 监测点竖向位 ( 下转第 177 根据矿山岩石力学性质,通过数值模拟的方法 1 84
  • 中矿传媒与您共建矿业文档分享平台下载改文章所需积分:  5
  • 现在注册会员立即赠送 10 积分


皖公网安备 34050402000107号

博聚网