贵州省深部采场矿柱稳定性预测及试验研究

候玉强

（赤水市岔角煤矿，贵州 习水 564600）

1 贵州省深部采场矿柱稳定性预测

贵州省深部采场矿柱的尺寸随着深度而变化，同时适应局部的地质条件。其稳定性预测需要计算平均应力，矿柱的平均应力要根据上覆载荷以及岩石的平均抗压强度计算而得出的矿柱强度来估计。当计算的安全系数为1.2时～1.6时，该矿柱稳定性比较合理。通过建立稳定性预测三维实体模型，结合三维模拟贵州省深部采场矿计算，对矿柱稳定性进行综合分析，完成稳定性预测。

（1）建立稳定性预测三维实体模型。以Windows 2010/NT为开发平台，结合可视化编程语言以及ADO数据库建立稳定性预测三维实体模型。建立的稳定性预测三维实体模型可以存储多种矢量汉字库、地质符号，强化了稳定性计算功能。在预测过程中，首先生成采场矿柱剖面图。根据三维矿场信息，搭建以结构数据为基础的稳定性预测三维实体模型。三维实体模型以垂直矿体走向为X轴，铅垂线方向为Y轴，垂直向上为Z轴，能够预测的范围为110m×50m×50m。通过渐变式向外划分矿柱，使得模型动作，依靠左右边界方向对向外划分矿柱的位移进行约束，当边界Y轴方向位移量为0时，向外划分结束，模型停止动作。根据矿柱力学性质以及岩体质量特性，需要在稳定性预测时施加上覆岩层重力，具体岩层重力参数由具体采场矿确定。

表1 岩体物理力学参数表

（2）三维模拟贵州省深部采场矿计算。通过模型模拟贵州省深部采场采矿过程，以及开采造成的顶底板的变形、矿性破坏等状态。贵州省深部采场规格105m×30m，采用长方形矿柱作为安全矿柱，其岩体物理力学参数如表1所示。

同时根据贵州省深部采场矿岩层重力，赋值三维模拟贵州省深部采场矿计算的楷体参数，具体赋值的楷体参数包括：弹性模量28.5GPa、泊松比0.28、粘聚力4.17MPa、内摩擦角36°、抗拉强度7.0MPa、采场矿密度2710kg/m3。将岩体物理力学参数结合赋值的楷体参数，计算三维模拟贵州省深部采场矿。

（3）矿柱稳定性综合预测。通过计算出的三维模拟贵州省深部采场矿相关参数，对矿柱稳定性进行综合预测。根据模拟的岩体物理力学参数以及计算出的采场矿相关参数，可知，贵州省深部采场矿在开采后，采场中部发生形变较大，矿柱的宽度与顶板围岩变形成反比例，即矿柱的宽度越小，顶板围岩变形越大。通过计算，当矿柱宽度为4m的时候，计算得出的安全系数介于0.8到1之间，此时顶板围岩处于破坏状态；当矿柱宽度为5m的时候，计算得出的安全系数介于1.0到1.2之间，此时顶板围岩处于临界破坏状态；当矿柱宽度为6m的时候，计算得出的安全系数介于1.2到1.6之间，此时顶板围岩处于安全稳定状态。通过计算完成的贵州省深部采场矿柱稳定性预测与相关标准中安全系数一致，从而完成矿柱稳定性综合预测。

2 贵州省深部采场矿柱稳定性试验

（1）贵州省深部采场矿工程概况。贵州省采场矿体深部中段矿体倾向SE，矿体最大水平厚度为80m，石灰岩、铁矿石与闪长岩平均厚度为56 m，倾角15°～25°，矿岩坚固性系数f处于8至12之间，采用典型房柱法布置图，所用矿柱为长方形。其开采方式为点柱式上向水平允填法，矿体深部矿柱垂直矿体进行布置，深部采场宽30m，顶板跨度8m，长方形矿柱宽度为5m。通过对贵州省深部采场矿柱稳定性进行试验，确定矿体深部是否存在安全隐患。

（2）矿岩力学参数的确定。选取完整较好的石灰岩、铁矿石与闪长岩块，直径为Ф60mm左右，高径比约为3：2；对各块岩石的进行单轴抗压、抗拉试验，从而确定深部采场矿矿岩力学参数。试验结果的统计处理，最后计算矿岩力学之间的关系，计算公式下所示：

式中，∂1为矿体遭到破坏时，最大主应力；∂3为试验时，岩石最小主应力；∂c为岩石的单轴抗压强度；mi为岩石软硬程度；si为岩石的破碎程度。对计算后的矿岩力学参数与资料相对比，确保试验所用参数的有效性，统计两者数据的偏差情况如图1所示。

图1 计算后的矿岩力学参数与资料对比

由图1可知，试验计算出的矿岩力学参数具有准确性，可以确保矿柱稳定性计算具有有效性。

（3）矿柱稳定性计算。通过确定矿岩力学参数，对深部采场矿柱载荷进行计算，从而完成矿柱稳定性试验。

目前贵州省深部采场矿的开采深度为150 m左右，此时矿柱宽度为5m，顶板跨度8m，计算矿柱的安全系数，计算公式如下所示：

式中，Sp为矿柱所承受的压强（载荷），通过计算得出贵州省深部采场矿柱的安全系数为1.54，即目前深度下，该矿柱能够有效保障矿山的稳定性以及安全性。

3 总结

本文提出了贵州省深部采场矿柱稳定性预测及试验研究，通过建立稳定性预测三维实体模型，结合三维模拟贵州省深部采场矿计算，对矿柱稳定性进行综合分析，完成稳定性预测，最后依托稳定性试验完成本文的研究。由试验可知，当开采深度为150 m左右，顶板跨度8m时，5m宽的矿柱能够有效保障矿山的稳定性以及安全性。希望本文能够为采场矿柱稳定性研究提供参考依据。