缓倾斜多层薄矿体开采应力及岩层移动研究

林晓悦 李 银

(1.四川宇泰特种工程技术有限公司；2.武汉理工大学资源与环境工程学院)

缓倾斜多层薄矿体开采应力及岩层移动研究

林晓悦1李 银2

(1.四川宇泰特种工程技术有限公司；2.武汉理工大学资源与环境工程学院)

针对缓倾斜多层薄矿体的特点，以江西省上横山矿区钒矿段为例，分析了3个主矿体的赋存特点和开采难点，并选择了合适的采矿方法。在此基础上，采用有限元数值模拟方法，对矿体的回采全过程进行模拟研究，得出了开采过程中不同矿房参数设计，不同超前距离开采方式下的矿体及围岩的移动规律和应力变化情况，为该类矿床开采提供参考。

缓倾斜多层薄矿体 开采应力 岩层位移 数值模拟

极近距离缓倾斜多层薄矿体在地下呈层状产出，层与层之间距离近，矿体薄，倾角小，且每个矿体的厚度及品位不稳定[1-5]。在多层矿体开采过程中，往往会形成相互影响的复杂开采格局。当多中段同时作业时，矿体间重复采动，随着矿体回采工作的进行，采空区日益增大，围岩发生变形破坏的可能性也随之增大。因此，有必要对该类矿体开采的相关问题展开研究。

1 矿床开采难点

2 采矿方法

在地压的控制和管理方面，与矿废分离分层采矿法相比，长壁式崩落采矿法生产能力更大，能够满足矿山连续稳定的开采需求。经过综合分析该矿区多层缓倾斜薄钒矿的实际情况，选择长壁式崩落法作为该矿的采矿方法。

3 岩体物理力学参数

上横山矿段钒矿岩体RMR值为65，岩体等级为Ⅱ级，描述为好岩石。根据岩体质量评价结果和江西省地质矿产勘查开发局实验测试中心的检验结果，选取的岩体物理力学参数见表1。

表1 岩体介质的力学参数

4 ANSYS数值模拟结果

4.1 不同超前距离开采时采空区应力变化

由图1可知，在第10个开采步骤之前，100 m超前顶板应力>80 m超前顶板应力>60 m超前顶板应力，在第10个开采步骤之后则倒置，在进行至第23个开采步骤之后，三者基本无明显区别。由此可认为，超前距离短的开采方式在顶板位移变化过程中总是首先达到单个周期内的位移峰值，为此，设计100 m为最佳超前开采距离。

图1 不同超前方式下采空区顶板应力的变化

4.2 不同工作面长度对围岩应力的影响

在100 m超前距离开采条件下，工作面长为50，60 m时，开采全过程中所引起的围岩顶底板的应力变化情况见图2。

图2 不同工作面长度的围岩应力

对于开采引起的顶底板应力变化而言，只有在开采步骤进行至15～22时，工作面为60 m开采所引起的顶底板应力才大于工作面为50 m开采所引起的顶底板应力，故在大部分开采过程中，工作面为60 m开采所引起的顶底板应力较小，因而设计以 60 m 划分阶段。

4.3 上层矿体开采对下层矿体的影响

对于极近距离多层矿体而言，上层开采对第2层矿体的影响比第3层矿体大，在第1阶段回采完毕之前差别并不显著。但在第1阶段回采完毕后，随着回采的继续，上层开采对第2层矿体应力位移的影响越来越大，对第3层矿体影响则相对减弱。

图3 回采上层矿体对下层矿体应力的影响

5 结 论

(1)结合大横山矿区钒矿的赋存特点，分析极近距离多层薄矿体的开采难点，并选择长壁式崩落法进行开采。

(2)针对极近距离多层薄矿体的特点，应用ANSYS有限元数值模拟分析软件，对回采全过程进行模拟，并分析矿房在回采过程中的应力位移变化规律，得到了最佳采矿参数。

(3)在回采过程中，矿房顶底板出现过应力突增或位移突增点，当回采至此处时需加强支护。

[1] 罗周全，周科平，古德生，等.一种新型的缓倾斜多层矿体采矿技术[J].中国有色金属学报，2003，13(3)：760-763.

[2] 刘 敏.重复采空下多层矿采场应力及岩层移动规律研究[D]. 武汉：武汉理工大学，2013.

[3] 张世雄. 固体矿物资源开发工程[M].武汉：武汉理工大学出版社，2010.

[4] 王新民，王长军，张钦礼，等.基于ANSYS程序下的采场稳定性分析[J].金属矿山，2008(8)：17-21.

[5] 卢宏建，罗 涛，甘德清.基于ANSYS的矿山三维动态建模系统研究与开发[J].金属矿山，2009(1):106-107.

2015-02-05)

林晓悦(1990—)，女，助理工程师，硕士，610031 四川省成都市二环路北一段18号。