白象山铁矿采场开采结构参数优化设计与围岩稳定性分析

摘要

复杂富水铁矿在矿体开采过程中，时常伴随着顶板围岩失稳等破坏的发生，如何采取合理的开采结构参数和开采方案以保证矿体安全开采已成为亟待解决的问题。本论文依托国家“十一五”科技支撑项目“复杂富水矿床开采关键技术开发与研究”(编号：2006BAB02A01)，在对典型复杂富水铁矿区－白象山铁矿西部厚大矿体的复杂水文地质勘探资料分析和岩石室内试验的基础上，运用Hoek-Borwn强度准则确定西部厚大矿体的矿岩体力学参数。同时运用FLAC3D流固耦合数值模拟软件建立了渗流条件下不同采场跨度、进路宽度和开采高度的三维数值模型，探索和研究了不同采场跨度、进路宽度和开采高度对采场围岩稳定性的影响，并研究和分析得到了一些有益的结论和成果，为该类富水矿床的矿体开采结构参数和开采方案的选取工作提供了理论和实践上的指导作用。主要研究内容及其成果如下：
　　1、通过结合白象山西部厚大矿区现场水文地质勘察资料和室内测得的岩石力学参数的基础上，运用RMR分级法确定了该矿区矿岩体的岩体质量等级。
　　2、以运用RMR分级法确定西部厚大矿岩体的RMR评分值为前提，并考虑爆破过程中对岩体扰动的影响，从而引入扰动参数D。在其基础上，运用Hoek-Borwn强度准则确定了白象山西部厚大矿岩体的岩体力学参数。
　　3、基于三维有限差分多孔介质流固耦合理论，结合自象山铁矿西部厚大矿区具体地质情况，并以下层局部疏干的条件下带压充填开采为背景，选取1线以北、9线以南同时存在不稳定带和“天窗”的典型区域作为矿体开采的地质模型，并建立了在渗流条件下采场三维数值模型。并根据正交试验设计方法制定了不同的采场跨度、进路宽度和分层高度三个因素和三个水平的9个数值模拟方案。选取顶板最大沉降量、顶板最大拉应力和顶板塑性区最大体积与塑性区贯通情况等因素作为评价采场顶板稳定性的指标，通过对不同方案模拟结果进行分析与比较确定了采场的最优开采结构参数。
　　4、在确定的采场最优开采结构参数的基础上，通过对不同开采顺序、埋深和顶板厚度条件下对采场顶板围岩稳定性数值模拟研究与分析，探索了不同开采顺序、不同埋深和不同顶板厚度对采场围岩稳定性影响规律。