高地应力金属矿山开采及支护方案的数值模拟

摘要

本世纪我国越来越多的金属矿山进入深部开采,深部开采中巷道与采场维护理论与浅部有明显区别。在深部开采中要着重分析高地应力巷道围岩变形破坏机理及采场应力重布机理,从而找到切实可行的高地应力巷道围岩变形控制方案及更合理的开采方案。
　　 本文首先阐述了国内外急倾斜薄矿脉开采方法,巷道支护理论的发展,锚杆支护技术的研究历史及现状,岩石的力学性质,生产因素对矿山压力的影响,接着以山东省金洲矿业集团公司金青顶矿区Ⅱ号矿体为工程背景,以ANSYS有限元软件为分析工具,建立3D有限元分析模型,在塑性分析中采用ANSYS提供的Druker-Prager准则,针对-535m中段的片帮和岩柱剥落现象,在原单进路采矿方案的前提下,提出双进路环形巷道采矿方案,并对两种方案下放矿过程进行模拟,还提出在各采矿中段保留隔离矿柱的采矿方案,以-535m中段和-585m中段之间为例对有无隔离矿柱情况放矿过程进行模拟,并将各种方案下出矿穿脉与采场局部应力场和应变场随放矿过程的变化进行对比,可以直观分析各种方案的优劣。
　　 本文还分析了深部巷道开挖及支护过程,比较了无支护、锚杆支护、预应力锚杆支护、锚杆衬砌联合支护和预应力锚杆衬砌联合支护情况下围岩应力、塑性区的变化情况,分析巷道局部,拱顶及两帮随进尺开挖的应力场及塑性区,考虑各种支护方案对其应力场及塑性区的影响情况,探讨了深部巷道支护的必要性和有效性,以便指导实际施工中根据实际情况使用合理的支护方案。