三山岛金矿新立矿区充填体下顶底柱开采稳定性分析.doc

三山岛金矿新立矿区充填体下顶底柱开采稳定性分析摘要：三山岛金矿新立矿区矿体位于海水下,开采条件比较复杂,矿山为确保矿区稳定性,矿山前期采用脉外采准点柱式上向水平分层充填采矿法开采。根据矿山开采设计,新立矿区在各中段之间留设了顶底矿柱,平均高7.0m,原矿房回采后,在矿房底部采用灰砂比为1：6的胶结充填,充填体厚度为2.0-2.5m。留设顶底柱的矿石品位较高,黄金储量可观,如果采用一般采矿方法回采存在着顶板太薄、上覆充填体强度太低、矿柱回采安全隐患严重,资源难以回收等技术难题。因此有必要针对该条件下的顶底柱开采技术及稳定性开展研究。本文首先通过应用杨森散体理论,分析顶底柱上覆充填体对其的荷载分布,并建立力学平衡方程,得出充填体沿深度方向对顶底柱的垂直荷载计算公式；结合现场实际基于“薄板”理论建立矩形等厚薄板模型,运用李兹法(Ritz)计算分析了顶底柱的自稳性。应用ANSYS三维有限元数值模拟软件,建立仿真模型,定量地计算和分析各中段顶底柱由深部到浅部逐一开采过程中剩余顶底柱、采场充填体及间柱的各应力、应变与塑性变形特征及分布状况,提出顶底回采的安全合理回采区域,为矿山回采顶底柱提供重要参考依据。针对矿区顶底柱开采技术条件,提出适合该矿柱开采的上向小进路充填采矿法,详细介绍该方法的回采工艺,并针对顶底柱自身及作为承载层的胶结充填体的稳固程度提出不同的支护方式。采用理论力学和数值计算相结合分析采场稳定性。首先基于简支“梁”理论建立力学模型,计算分析开采进路顶板的应力应变,当承载层厚度不变时,进路宽度对采场稳定性的影响,并基于安全系数法计算出进路结构参数；运用模拟软件ABAQUS,对进路开采过程进行仿真模拟,计算进路开采工程中顶板的应力应变,分析顶板的沉降量,顶板最大主应力的分布位置及Mises等效偏应力等。综合理论力学计算和数值模拟结果提出安全合理的进路结构参数,为矿山的安全有效回收顶底柱提供技术参考。全文共有图62幅,表18个,参考文献77篇。