劉鵬鵬 王貽明 周科禮 熊國(guó)雄 石大慶

(1.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院,北京 100083;2.大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司,湖北 黃石 435005)

隨著金屬礦山的機(jī)械化水平逐步提高以及開(kāi)采深度逐漸加深,礦山開(kāi)采面臨著許多全新挑戰(zhàn)。比如:原來(lái)設(shè)計(jì)的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)無(wú)法匹配當(dāng)下的機(jī)械化水平;深部礦體開(kāi)采時(shí)所受到的地應(yīng)力增大、賦存的工程地質(zhì)條件復(fù)雜;深部礦體形狀與早期勘探的結(jié)果相比變化較大等。這都會(huì)大大制約礦山進(jìn)入深部的開(kāi)采效率,礦山往往需要根據(jù)自身?xiàng)l件,推動(dòng)深部開(kāi)采的技改工程。其中最核心的問(wèn)題之一是深部采場(chǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)[1]。針對(duì)深部礦巖特征對(duì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化是深部技改工程的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

針對(duì)該問(wèn)題,姜偉明、朱訓(xùn)國(guó)、蘇龍等[2-4]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)巖體條件對(duì)巖體質(zhì)量等級(jí)采用單一評(píng)價(jià)方式或模型進(jìn)行了討論,評(píng)價(jià)巖體的質(zhì)量等級(jí);郭進(jìn)平、胡高建、李勝輝等[5-7]利用Mathews 穩(wěn)定圖表法,針對(duì)淺部礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì);李闖、徐永文、周亞博、路燕澤等[8-11]采用Flac3D 數(shù)值模擬軟件對(duì)薄礦體采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化研究,確定了采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理性。本文主要研究背景為銅綠山銅鐵礦深部礦體,其平均厚度為30 m,為厚礦體,在評(píng)價(jià)巖體質(zhì)量時(shí)采用了兩種評(píng)價(jià)方法。

銅綠山銅鐵礦地表標(biāo)高+80 m,已開(kāi)采至-605 m中段水平,開(kāi)拓水平達(dá)到-800 m 左右,整體回采深度已達(dá)到900 m 左右。隨著開(kāi)采深度的增加,巖性與工程地質(zhì)條件變化大,采場(chǎng)應(yīng)力賦存條件復(fù)雜,破碎帶多,礦山迫切需要提高采礦效率與生產(chǎn)能力,原有采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)難以滿足深部后期工程的需求,亟需進(jìn)行優(yōu)化?；诖?本研究采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、數(shù)值模擬研究相結(jié)合的方法,基于現(xiàn)場(chǎng)取樣開(kāi)展巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)與工程地質(zhì)調(diào)查,對(duì)深部巖體質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià),在此基礎(chǔ)上,采用Mathews 穩(wěn)定圖法與Flac3D數(shù)值模擬,從解析解和數(shù)值解相結(jié)合驗(yàn)證優(yōu)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù),研究可為深部礦體高效開(kāi)采提供理論依據(jù)和工程借鑒。

1 巖體質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)

巖體質(zhì)量分級(jí)主要針對(duì)銅綠山銅鐵礦深部礦巖特征開(kāi)展定性和定量評(píng)價(jià),深部礦巖類型包括銅鐵礦、矽卡巖和大理巖,這3 種巖體涵蓋了深部絕大多數(shù)礦巖類型。

1.1 巖石力學(xué)參數(shù)研究

根據(jù)對(duì)深部礦體進(jìn)行鉆芯取樣,開(kāi)展巖石力學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),具體工作如下:在井下-545 m 中段與-605 m 中段不同地點(diǎn)取得銅鐵礦石、上盤(pán)大理巖與下盤(pán)矽卡巖巖樣,加工成φ50 mm×100 mm 的標(biāo)準(zhǔn)巖石試件,利用MTS 巖石力學(xué)試驗(yàn)機(jī)等開(kāi)展單軸壓縮、三軸壓縮、巴西劈裂等實(shí)驗(yàn),測(cè)試的力學(xué)參數(shù)包括:巖體的密度、單軸抗壓強(qiáng)度、彈性模量、泊松比、單軸抗拉強(qiáng)度、單軸抗剪強(qiáng)度(內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角)等。巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)的具體過(guò)程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)DZ/T 0276.4—2015 進(jìn)行,如圖1。表1 為測(cè)試后得到的不同巖性的力學(xué)參數(shù)結(jié)果。

圖1 單軸抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)Fig.1 Uniaxial compressive strength test

表1 不同巖性巖石力學(xué)參數(shù)測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of mechanical parameters of rocks with different lithologies

1.2 節(jié)理裂隙參數(shù)研究

采用詳細(xì)線法對(duì)深部巖體的節(jié)理裂隙展開(kāi)調(diào)查。具體在-545 m 中段、-605 m 中段、-665 m 中段、-725 m 中段選取結(jié)構(gòu)面發(fā)育狀況較好的地點(diǎn)對(duì)不同巖性巖體進(jìn)行工程地質(zhì)調(diào)查,內(nèi)容包括:結(jié)構(gòu)面的傾向、傾角、節(jié)理密度、節(jié)理間距等,表2 為調(diào)查得到的節(jié)理裂隙參數(shù)結(jié)果。

表2 節(jié)理裂隙參數(shù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistical results of investigation of nodal fracture parameters

1.3 巖體質(zhì)量分級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得的不同巖石力學(xué)參數(shù)與節(jié)理裂隙參數(shù),采用RMR 法和BQ 法對(duì)銅綠山礦礦巖進(jìn)行巖體質(zhì)量分級(jí),最終銅鐵礦為Ⅳ～Ⅲ級(jí)巖體,巖體質(zhì)量為差～中,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為完整;矽卡巖為Ⅳ～Ⅲ級(jí)巖體,巖體質(zhì)量為差～中,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為破碎;大理巖為Ⅲ～Ⅱ級(jí)巖體,巖體質(zhì)量為中～良,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為破碎。表3 為不同巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)結(jié)果。

表3 不同巖體質(zhì)量評(píng)價(jià)等級(jí)Table 3 Different rock quality assessment levels

RMR 法和BQ 法在對(duì)巖體質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),充分考慮了巖體結(jié)構(gòu)面的發(fā)育狀況,采用這2 種方法對(duì)銅綠山銅鐵礦深部巖體進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià),結(jié)果更加接近工程實(shí)際。

2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

Mathews 穩(wěn)定圖方法用于空?qǐng)龇ú傻V設(shè)計(jì),是一種關(guān)于巖體質(zhì)量、開(kāi)采深度、采場(chǎng)尺寸和穩(wěn)定性間的一種經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。銅綠山銅鐵礦深部采用的采礦方法70%以上均為分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘?因此結(jié)合深部礦巖特性[12-14],可以采用Mathews 穩(wěn)定圖方法對(duì)采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行合理驗(yàn)算。

2.1 Mathews 穩(wěn)定圖法參數(shù)介紹

應(yīng)用Mathews 穩(wěn)定圖方法需要計(jì)算2 個(gè)參數(shù):形狀因子和穩(wěn)定性系數(shù)。

(1)穩(wěn)定性系數(shù)N。描述采場(chǎng)條件的穩(wěn)定性系數(shù)N定義為

式中,Q'為修正的Q系統(tǒng)分級(jí)值;A為巖石強(qiáng)度因子;B為節(jié)理方向調(diào)整參數(shù);C為重力調(diào)整因子。具體計(jì)算如下:

① 按照Mathews 穩(wěn)定圖方法的要求對(duì)Q值進(jìn)行修正,將地應(yīng)力影響因素SRF設(shè)為1,地下水的影響因素Jw=1,最終得到Q'(修正后的Q值)。

② 巖石強(qiáng)度因子:

式中,σc為完整巖石單軸抗壓強(qiáng)度,MPa;σi為平行于暴露面方向的采礦誘導(dǎo)應(yīng)力,MPa。σc的值可通過(guò)室內(nèi)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)得,σi值可利用數(shù)值分析技術(shù)求出。當(dāng)數(shù)值分析得出的σi為拉應(yīng)力時(shí),取A值為1。

③ 節(jié)理方向調(diào)整參數(shù)B=0.2 ～1。為了保證采場(chǎng)的安全,取節(jié)理對(duì)采場(chǎng)最不利的條件下進(jìn)行考慮,因此,取B=0.2 來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

④ 重力調(diào)整因子C=8-6cosα,α為暴露面與水平面的夾角。

(2)形狀因子S。形狀因子S定義為

式中,L為采場(chǎng)寬度,m;L1為采場(chǎng)長(zhǎng)度,m。當(dāng)暴露面長(zhǎng)寬之比＞4 ∶1 時(shí),此時(shí)的形狀因子基本保持不變,即此時(shí)暴露面的穩(wěn)定性主要受暴露面寬度的影響。

2.2 采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果并結(jié)合銅綠山礦相關(guān)地質(zhì)資料與分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄔO(shè)計(jì)資料,確定銅綠山礦深部礦體平均傾角為45°,礦房平均厚度為30 m,礦塊垂直礦體走向布置。

按照Q系統(tǒng)分級(jí)修正后,得到Q'值見(jiàn)表4。其中,RQD為巖體質(zhì)量指標(biāo),Jn為節(jié)理組數(shù);Jr為節(jié)理粗糙度;Ja為節(jié)理蝕變、充填機(jī)膠結(jié)程度;Jw為節(jié)理裂隙水折減系數(shù);SRF為應(yīng)力折減系數(shù)。

表4 修正后的Q 值(Q'值)Table 4 Corrected Q value (Q'value)

按照式(1)計(jì)算巖體穩(wěn)定性系數(shù)N,結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 穩(wěn)定性系數(shù)N 值Table 5 Stability coefficient N value

Mathews 穩(wěn)定圖方法的設(shè)計(jì)過(guò)程以2 個(gè)因子—穩(wěn)定性系數(shù)N和形狀因子(或水力半徑)S的計(jì)算為基礎(chǔ),然后將這2 個(gè)因子繪制在劃分為預(yù)測(cè)穩(wěn)定區(qū)、潛在不穩(wěn)定區(qū)和崩落區(qū)的圖上。穩(wěn)定性系數(shù)代表巖體在給定應(yīng)力條件下維持穩(wěn)定的能力,形狀因子或水力半徑S則反映了采空區(qū)尺寸和形狀。圖2 為穩(wěn)定性系數(shù)N與水力半徑S相關(guān)關(guān)系的Mathews 圖。根據(jù)Mathews 穩(wěn)定圖結(jié)合不同礦巖類型修正的Q'值與穩(wěn)定性系數(shù)N值確定了形狀因子S值,見(jiàn)表6。

圖2 穩(wěn)定性系數(shù)N 與水力半徑S 相關(guān)關(guān)系的Mathews 圖Fig.2 Mathews plot of the correlation between stability coefficient N and hydraulic radius S

表6 形狀因子S 值Table 6 Shape factor S value

任何井下的暴露面均可認(rèn)為是由兩個(gè)方向的跨度組成,即認(rèn)為是一個(gè)長(zhǎng)方形。由于礦塊沿走向布置,故礦體平均厚度即為礦塊長(zhǎng)度。根據(jù)式(3)結(jié)合形狀因子S值,確定采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

礦體平均厚度為30 m,根據(jù)銅綠山礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘芍?采場(chǎng)垂直走向布置。若僅考慮采場(chǎng)頂板跨度,在礦體中布置采場(chǎng),當(dāng)其巖體無(wú)支護(hù)時(shí),采場(chǎng)頂板跨度需要限制在18.81 m 之內(nèi),此時(shí)允許暴露面積為564.21 m2;當(dāng)其巖體被支護(hù)時(shí),采場(chǎng)頂板跨度需要限制在35.6 m 之內(nèi),此時(shí)允許暴露面積為1 067.93 m2。

但考慮到礦體平均傾角為45°時(shí),還要考慮采場(chǎng)上盤(pán)圍巖的穩(wěn)定性。根據(jù)表6 可知,無(wú)論是無(wú)支護(hù)情況或者支護(hù)情況下,3 種巖性的形狀因子S大小關(guān)系均為:大理巖＞銅鐵礦＞矽卡巖。因此只需考慮矽卡巖為采場(chǎng)上盤(pán)時(shí)采場(chǎng)的穩(wěn)定性是否滿足要求。而當(dāng)矽卡巖為采場(chǎng)上盤(pán)圍巖,當(dāng)其巖體無(wú)支護(hù)時(shí),采場(chǎng)上盤(pán)圍巖跨度需要限制在12.01 m 之內(nèi),此時(shí)允許暴露面積為360.3 m2;當(dāng)其巖體被支護(hù)時(shí),采場(chǎng)上盤(pán)圍巖跨度需要限制在21.49 m 之內(nèi),此時(shí)允許暴露面積為644.62 m2。

3 基于數(shù)值模擬的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化研究

利用Flac3D 對(duì)分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法進(jìn)行模擬優(yōu)化,主要針對(duì)無(wú)支護(hù)采場(chǎng),分析采場(chǎng)穩(wěn)定性,優(yōu)化采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。

銅綠山銅鐵礦的分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法,采準(zhǔn)切割布置如圖3 所示。中段開(kāi)采劃分為4 個(gè)分段,分段高度12 m,回采順序?yàn)閺南轮辽?礦體回采一般劃分礦塊(即礦房和礦柱),礦塊一般采用“隔一采一”,每分段最多同時(shí)回采2 個(gè)礦房。礦房和礦柱長(zhǎng)度為礦體平均厚度30 m,寬度為10 m。

圖3 分段空?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法示意(單位:m)Fig.3 Schematic of sublevel open stope with subsequent filling method

3.1 數(shù)值模擬方案介紹

目前銅綠山銅鐵礦主要開(kāi)采中段為-545 m 中段以及-605 m 中段,因此本次模擬對(duì)象選擇為-545 m中段礦塊回采。本次模擬主要從模擬各中段盤(pán)區(qū)出礦完成及充填后位移、應(yīng)力及塑性區(qū)的變化。每個(gè)開(kāi)挖步驟客觀地反映了礦體逐步開(kāi)采過(guò)程中,圍巖應(yīng)力疊加、巖體變形延續(xù)與破壞逐漸發(fā)展的力學(xué)進(jìn)程和效果。

本次模擬主要研究采場(chǎng)寬度對(duì)于采場(chǎng)穩(wěn)定性的影響,根據(jù)Mathews 圖法確定的采場(chǎng)寬度范圍,綜合考慮了頂板與上盤(pán)圍巖穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)模擬采場(chǎng)寬度分別為15、12、10 m。其中采場(chǎng)寬度10 m 為目前礦山生產(chǎn)正在使用的采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。采場(chǎng)長(zhǎng)度為礦體平均厚度30 m,分段高度12 m。

深部巖體都屬于彈塑性材料,所以這里采用Mohr-Coulomb 模型。

3.2 數(shù)值模擬參數(shù)確定

根據(jù)巖石力學(xué)物理實(shí)驗(yàn)所得的力學(xué)參數(shù),采用Hoek-Brown 法[15-16]對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)折減,使實(shí)驗(yàn)所得力學(xué)參數(shù)更加接近實(shí)際的礦巖力學(xué)參數(shù),而后對(duì)數(shù)值模擬模型進(jìn)行參數(shù)賦值。充填體力學(xué)參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)得出。所有數(shù)值模擬力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表7。

表7 折減后的礦巖和充填體物理力學(xué)參數(shù)值Table 7 Discounted values of physical and mechanicalparameters of ore rocks and fillings

3.3 模型邊界條件和基本假設(shè)

(1)對(duì)礦巖性質(zhì)的假設(shè)。獲得折減后的巖體參數(shù)后就可以假設(shè)礦體為各向同性、均質(zhì)且符合摩爾-庫(kù)侖彈塑性模型的介質(zhì),其自重應(yīng)力場(chǎng)如下:

式中,σv為自重應(yīng)力,MPa;σh為自重應(yīng)力的水平分量,MPa;v為上覆巖層泊松比;γ為巖體的容重,g/cm3;H為距離地表的深度,m。

(2)對(duì)計(jì)算模型的假設(shè)。地下開(kāi)采過(guò)程中各階段巷道、斜井、聯(lián)絡(luò)道等工程對(duì)礦體開(kāi)采的穩(wěn)定性有一定的影響,但對(duì)礦山整體來(lái)說(shuō)影響不大。從宏觀上看,對(duì)采空區(qū)的穩(wěn)定性影響很小,故在建模及數(shù)值模擬分析過(guò)程中,可以相應(yīng)忽略其對(duì)工程的影響。

(3)礦房結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化。為模擬方便,已較大程度模擬礦體形態(tài),同時(shí)對(duì)尖銳、零散區(qū)域進(jìn)行了簡(jiǎn)化。

3.4 模型介紹及模擬分析

本次模擬重點(diǎn)為礦體開(kāi)采及充填,礦體沿走向?yàn)槟Ｐ蚘方向。如圖4 為建立的銅綠山礦部分中段礦體的三維數(shù)值計(jì)算模型,模型尺寸為240 m×120 m×180 m(長(zhǎng)×寬×高),網(wǎng)格共計(jì)146 520 格,節(jié)點(diǎn)數(shù)量為155 250。模型頂部施加的荷載22.8 MPa,為模擬上部565 m 深覆巖體的自重荷載。

圖4 數(shù)值模擬Flac3D 模型Fig.4 Flac3D model numerical simulation

3.4.1 礦房開(kāi)挖應(yīng)力分析

如圖5～圖7 為-545 m 中段四分段2 個(gè)礦房采場(chǎng)取不同采場(chǎng)寬度的開(kāi)采及充填后應(yīng)力變化云圖,空區(qū)開(kāi)采后相同高度相鄰區(qū)域礦巖應(yīng)力變化相似,分別通過(guò)平行于礦體傾角方向進(jìn)行切片分析及對(duì)礦體剖面切片,分析討論了空區(qū)周邊應(yīng)力變化。

圖5 礦房寬度10 m 開(kāi)采與充填最小主應(yīng)力云圖Fig.5 Minimal principal stress cloud map for excavation and filling of 10 m width of mine room

圖6 礦房寬度12 m 開(kāi)采與充填最小主應(yīng)力云圖Fig.6 Minimal principal stress cloud map for excavation and filling of 12 m width of mine room

圖7 礦房寬度15 m 開(kāi)采與充填最小主應(yīng)力云圖Fig.7 Minimal principal stress cloud map for excavation and filling of 15 m width of mine room

從一分段至四分段,在每分段2 個(gè)礦房同時(shí)回采過(guò)程中,礦房寬度分別為10、12、15 m 時(shí) ,四周應(yīng)力集中主要在頂板和側(cè)幫,頂板所受到的應(yīng)力值均小于5 MPa,側(cè)幫所受到的應(yīng)力值均小于2.5 MPa,均在巖體承受范圍內(nèi)。并且在經(jīng)過(guò)充填后,采場(chǎng)四周的應(yīng)力集中均得到了改善。

但由于回采方式采用“隔一采一”,必須考慮礦柱受力情況,為后期礦柱回采打好基礎(chǔ)。根據(jù)不同寬度礦房回采和充填時(shí),兩礦房之間礦柱所受最大應(yīng)力,獲得關(guān)于礦柱承受最大應(yīng)力與礦房寬度曲線圖,如圖8 所示。

圖8 礦柱承受最大應(yīng)力與礦房寬度曲線Fig.8 Curves of the maximum stress on the pillar versus the width of the mine room

根據(jù)圖8 可知,礦房寬度越大,兩礦房之間礦柱所受應(yīng)力也逐漸增大,但應(yīng)力值均在15 MPa 以內(nèi)。并且通過(guò)充填后,礦柱所承受最大應(yīng)力均有1 ～3 MPa 的降低。

3.4.2 礦房開(kāi)挖位移分析

由于當(dāng)前模擬礦體開(kāi)采,采空區(qū)暴露面積較大,在不同分段中,皆出現(xiàn)了較大的位移,為準(zhǔn)確反映空區(qū)周邊礦巖位移變化,通過(guò)垂直走向方向剖面圖綜合分析,-545 m 中段四分段礦體開(kāi)采及空區(qū)充填位移變化如圖9～圖11 所示。

圖9 礦房寬度10 m 開(kāi)采與充填位移云圖Fig.9 Displacement cloud map of mining and filling with 10 m width of mine room

圖10 礦房寬度12 m 開(kāi)采與充填位移云圖Fig.10 Displacement cloud map of mining and filling with 12 m width of mine room

圖11 礦房寬度15 m 開(kāi)采與充填位移云圖Fig.11 Displacement cloud map of mining and filling with 15 m width of mine room

在模擬3 種礦房寬度回采時(shí),從一分段至四分段,空區(qū)頂板區(qū)域出現(xiàn)了較大的位移,靠近空區(qū)頂板中心位置礦巖下沉量較小,靠近下盤(pán)位置的底板出現(xiàn)底鼓以及巷道壁出現(xiàn)片幫較大,受空區(qū)暴露面較大的影響。

不同礦房寬度模擬回采時(shí),礦房寬度與頂板、下盤(pán)底板的形變位移關(guān)系如圖12 所示。礦房寬度為12 m 時(shí),頂板、下盤(pán)底板的形變位移最大,但3 種礦房寬度下的形變位移量相差不到10 cm。

圖12 礦房最大位移與礦房寬度曲線Fig.12 Curves of the maximum displacement of the mine room versus the width of the mine room

根據(jù)位移云圖可知,對(duì)空區(qū)采取充填措施后,充填體及周邊均出現(xiàn)了較小的下沉,下沉量普遍小于1 cm,說(shuō)明對(duì)該礦房采場(chǎng)采空區(qū)采取充填措施效果顯著。

4 結(jié) 論

(1)根據(jù)在銅綠山銅鐵礦井下現(xiàn)場(chǎng)取樣實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)調(diào)查,通過(guò)RMR 法與BQ 法進(jìn)行巖體分級(jí),確定銅鐵礦為Ⅳ～Ⅲ級(jí)巖體,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為破碎;矽卡巖為Ⅳ～Ⅲ級(jí)巖體,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為破碎;大理巖為Ⅲ～Ⅱ級(jí)巖體,屬于堅(jiān)硬巖體且?guī)r體較為完整。

(2)根據(jù)Mathews 穩(wěn)定圖結(jié)合不同礦巖類型修正的Q'值與穩(wěn)定性系數(shù)N值確定了形狀因子S值,確定了銅綠山銅鐵礦分段空?qǐng)鏊煤蟪涮罘ㄉ畈坎蓤?chǎng)寬度。為保證頂板穩(wěn)定性,在無(wú)支護(hù)條件下采場(chǎng)寬度需小于18.81 m;在支護(hù)條件下采場(chǎng)寬度需小于35.6 m。為保證上盤(pán)穩(wěn)定性,在無(wú)支護(hù)條件下采場(chǎng)寬度需小于12.01 m;在支護(hù)條件下采場(chǎng)寬度需小于21.49 m。

(3)采用Flac3D 對(duì)銅綠山礦-545 m 中段的2 個(gè)礦房采場(chǎng),進(jìn)行回采模擬。綜合考慮頂板與上盤(pán)圍巖穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)模擬采場(chǎng)寬度分別為10、12、15 m。在采用3 種采場(chǎng)寬度回采時(shí),礦柱所承受最大應(yīng)力均在巖體承受范圍之內(nèi);頂板、下盤(pán)底板的形變位移相差均在10 cm 左右。而且礦房充填后,礦柱所承受的應(yīng)力與頂板、下盤(pán)底板的形變位移均有良好的改善。在這種條件下,若采用 15 m 采場(chǎng)寬度可以避免更多采切工程,提高礦山回采效率,并且采場(chǎng)穩(wěn)定性相比采用10 m 或12 m 采場(chǎng)寬度也僅有少量降低。所以最終推薦采場(chǎng)寬度為15 m。