基于霍克_布朗破坏准则的采场空区稳定性分析

基于霍克-布朗破坏准则的采场空区稳定性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 解联库1,杨小聪1,刘庆林1,郭利杰1,杨天鸿2 ( 11 北京矿冶研究总院 矿山 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 所,北京 100044; 21 东北大学 资源与土木工程学院, 沈阳 110004) 摘 要:使用 FLAC3D有限差分软件对安庆铜矿 5# 柱采场空区进行稳定性分析。结果与回采爆破临近结束时实际发生的 矿岩变形破坏状况较为吻合,岩体变形破坏主要集中在空区上部对应的凿岩硐室顶板及大理岩薄板处。分析结果对制定合理有 效的支护 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 、保证空区稳定提供了参考。 关键词:采矿工程;空区稳定性;霍克- 布朗准则; FLAC3D;薄板 中图分类号: TD327; T D85313 文献标识码: A 文章编号: 1001- 0211( 2008) 03- 0109- 03 收稿日期: 2007- 11- 19 作者简介:解联库( 1972- ) ,男,陕西兴平市人, 高级工程师,硕士, 主要从事采矿 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 研究及岩体工程稳定性分析等方面 研究。 安庆铜矿为一接触交代硅卡岩型铜铁矿床, 矿 体有 1# 和 2# 矿体。在 1# 矿体上盘有一构造带, 走 向 NW20b, 倾向 NE70b, 倾角 60b左右。其 1# 主矿 体矿石储量占矿山总储量的 85% 左右, 走向长 760m,平均厚度 40~ 50m, 为急倾斜矿体。矿石类 型主要有含铜磁铁矿、硅卡岩型铜矿、闪长岩型铜矿 和磁铁矿。矿体上盘围岩为角砾状大理岩, 下盘围 岩主要有硅卡岩、蚀变闪长岩、轻变质粉砂岩和钙质 角页岩。 安庆铜矿是一座大型地下开采矿山,设计生产 能力 3500t / d。主要采用大直径深孔崩矿嗣后一次 充填采空区的方法回采, 使用 VCR法掏槽、梯段侧 向崩矿回采工艺。垂直矿体走向划分采场, 实行间 隔式开采,矿房选用胶结尾砂充填,矿柱选用尾砂或 矸石充填。采场回采后空区暴露高度可达 60m, 侧 向暴露面积达 4000m2 左右,空区的稳定性一直是 矿山工作者担心和关注的焦点问题。空区能否稳定 将严重影响矿山的安全生产, 危及矿山工作人员及 设备安全, 围岩及充填体跨落还会造成矿石品位下 降,甚至矿石最终无法采出。 1 霍克-布朗准则的基本原理 霍克-布朗破坏准则是在岩石力学和工程领域 得到广泛应用的强度理论, 它是在总结大量试验数 据的基础上获得的 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 准则[ 1- 2]。随着霍克- 布 朗强度准则不断完善, 现在较为成熟的用主应力表 达的各向同性岩石材料三轴抗压强度基本方程为式 ( 1) ,式中: Rc1, Rc3为岩体破坏时最大和最小有效主 应力; Rci为完整岩石的单轴抗压强度; m b 如式( 2) 所示,其中 mi 为岩体材料参数, 要视具体岩石类型 而定, G SI 为地质强度指数, D 是视岩体爆破及应 力释放等扰动程度而定的一参数值, 当岩体没有受 到扰动时, 其值为 0; s 如式(3)所示; a 如式( 4)所 示[ 3- 4]。 Rc1= Rc3= Rci [ m bRc3/ Rci+ s ] a (1) m b= miexp[ ( GSI- 100) / (28- 14D ) ] (2) s= exp[ ( G SI - 100) / ( 9- 3D ) ] (3) a= 1/ 2+ 1/ 6( e- GSI/ 15- e- 20/ 3) (4) 图 1为根据( 1)式在参数取适当值时所作的主 应力 Rc1 和主应力 Rc3 关系曲线图, 从图 1可以观察 出强度曲线的非线形特征及霍克- 布朗准则所反映 的岩石材料强度特征。 图 1 霍克-布朗准则强度包络线 Fig11 Hoek-Brow n peak streng th envelope 第 60卷 第 3期 2 0 0 8 年 8 月 有 色 金 属 Nonferrous Metals Vol1 60, No13 August 2 0 0 8 2 采场空区稳定性分析 211 采场概况 安庆铜矿 5# 柱位于 1# 矿体西部厚大区域, 开 采中段为- 510m~ - 560m 中段。从整个开采中段 来看,矿体厚度呈现上部厚大、下部收缩特征。矿体 上盘倾角 68b左右,上部趋缓, 矿体下盘起伏变化较 大。上盘围岩系角砾状大理岩,下盘围岩系硅卡岩、 蚀变闪长岩。矿石类型主要为含铜磁铁矿和磁铁矿 及少量硅卡岩型铜矿。该开采中段 5# 柱划分为上、 下盘两采场回采,采用大直径深孔崩矿嗣后一次充 填采空区的方法回采。因矿体上盘接近- 510m 中 段近似水平,采场回采结束,将会在接近- 510m 中 段形成一厚度不足 8m 的大理岩薄板, 如图 2 阴影 部分所示。如果此大理岩薄板跨落,将严重影响下 面中段作业人员人身安全及设备安全, 还会造成矿 石贫化。 212 数值模型 采用国际上著名的岩土工程分析程序 FLAC3D 有限差分软件, 建立 5# 柱采空区三维模型, 模型几 何尺寸 200m @ 105m @ 150m。本构关系选择非线 性霍克- 布朗破坏准则,计算用力学参数如表 1所 示[ 5]。边界条件为左右边界水平约束, 底部边界固 定约束,上部边界加载荷。研究 5# 柱- 510m~ - 560m 中段开挖形成采空区后此大理岩薄板及采空 区周边围岩在地应力作用下稳定性问题,其- 560m 中段下部已回采结束并充填空区。 图 2 采空区结构示意 Fig1 2 Scheme o f g oaf str ucture 表 1 计算用物理参数 Table1 1 Mechanics parameters emplo yed in simulation 矿岩名称 容重 / ( kg#m- 3) 体积模量 / GPa 剪切模量 / GPa 抗拉强度 / MPa 粘聚力 / MPa 内摩擦角 / (b) 矿体 4131 2814 1311 217 519 50 大理岩 2677 1417 618 111 412 38 闪长岩 2711 1219 917 219 416 49 1B4充填体 1890 014 012 015 0129 39 1B10充填体 1740 0115 01075 011 0107 1815 213 结算结果与分析 图 3为采场开挖回采形成采空区后最小主应力 分布图。图中亮度越低的地方,最小主应力值越小, 岩体容易发生拉伸破坏。最小主应力低值主要分布 在- 510m 中段空区上部对应的凿岩硐室顶板、空区 围岩交界处及- 560m 中段下部已充填区域充填体 中,但是发生破坏区域则主要集中在- 510m 中段空 区上部对应的凿岩硐室顶板及上盘大理岩薄板中 (图 2阴影部分)。从图 4可以观察到岩体变形最大 部位分布在- 510m 中段空区上部对应的凿岩硐室 顶板及大理岩薄板部位, 凿岩硐室顶板变形最大位 移值为 6125cm,薄板处位移值最大为 215cm。采场 空区上部对应的凿岩硐室顶板及大理岩薄板处是回 采时应重点关注的危险区域。 图 3 沿倾向采场中部最小主应力图 F ig1 3 Contours of minimum principal stress of middle stope 凿岩硐室在回采爆破前已采用网度为 3 @ 3m2、 长为 8m 的锚索上向加固, 大理岩薄板处未采用锚 索加固。爆破回采临近结束时, 空区上部对应的凿 110 有 色 金 属 第 60卷 岩硐室顶板及大理岩薄板底部相继出现垮落现象, 这与数值分析得到的结果较为吻合。同时说明凿岩 硐室顶板锚索加固的网度较大, 顶板加固效果不明 显。如果不采取措施, 势必影响后续爆破及充填作 业,在这种情况下生产部门果断停止作业,对大理岩 薄板处采用了锚索加固, 凿岩硐室顶板采用木支护, 最终避免了岩体变形破坏持续发展。 图 4 采场中部位移矢量图 Fig14 Displace vectorg raph of middle stope 3 结论 使用 FLAC3D有限差分软件对安庆铜矿 5# 柱 采场空区稳定性分析结果与实际回采形成的岩体变 形和破坏状况较为吻合, 即岩体的变形破坏主要集 中在空区上部对应的凿岩硐室顶板及大理岩薄板 处。如及早进行空区稳定性分析评价, 则可在设计 回采阶段就制定合理有效的预防措施, 以避免空区 围岩出现垮落造成意外事故。 回采爆破期间,凿岩硐室顶板出现少量淋水,对 采场稳定性造成一定影响。在进行 5# 柱采场空区 稳定性分析时,如能综合考虑水渗流的影响,则分析 获得的结果将更为全面、可靠。 霍克- 布朗强度准则是在总结大量试验数据的 基础上获得的经验准则,在进行 5# 柱采场空区稳定 性分析时获得了较为可靠结果, 说明霍克- 布朗强 度准则适用于安庆铜矿矿岩稳定性分析评价,但其 力学参数取值相对繁琐,制约了霍克- 布朗强度准 则进一步应用。 参考文献: [ 1] 赵 坚, 李海波 1 莫尔- 库仑和霍克- 布朗强度准则用于评估脆性岩石动态强度的适用性[ J] 1 岩石力学与工程学报, 2003, 22( 2) : 171- 1761 [ 2] 王平全, 唐 林, 邱先强1 适合于破碎体的强度判别准则优选[ J]1 西南石油学院学报, 1998, 20( 3) : 18- 221 [ 3] Hoek E, Carr anza- Torr es C, Corkum B1 Hoek-Brow n failure cr iter ion- 2002 edition [ C] / / Pr oc NARMS-TAC Confer ence1 Toronto, 2002: 267- 2731 [ 4] 刘 波, 韩彦辉1 FLAC 原理、实例与应用指南[ M ]1 北京: 人民交通出版社, 2005: 43- 451 [ 5] 杨小聪, 陈忠辉1 安庆铜矿开采过程的数值模拟[ J] 1 有色金属, 2002, 54( 2) : 82- 871 Stabil ity Analysis of Stope Goaf Based on Hoek-Brown Failure Criterion X IE L ian-ku 1, YANG X iao-cong1 , LI U Qing-lin1 , G UO L i-j ie1, YANG T ian-hong 2 (11 Sub- institute f or Mining Engineer ing , Beij ing General Resear ch Ins titute of M ining & Metallurgy, Beij ing 100044, China; 21 School of Resour ce and Civ il Engineer ing, Nor theastern Univer sity , Shenyang 110004, China) Abstract T he stability of 5# stope goaf in Anqing Copper M ine is analyzed by using FLAC3D soft w are of lim ited dif- ference1 The result is consonant w ith the actual situat ion that the rock distort ion and dest roy take place in the ceiling of drill chambers above the stope goaf as well as the lamella1 T he analysis result of fers a reference merit in order to const itute rat ional and available timbering measure, thereby pledges stope goaf. s stability1 Keywords: mining eng ineering ; stope goaf stability ; Hoek-Brow n failure criterion; FLAC3D; rock lamella 111第 3 期 解联库等:基于霍克-布朗破坏准则的采场空区稳定性分析