石人溝鐵礦露天境界礦柱厚度的確定

石人溝鐵礦露天境界礦柱厚度的確定

（2010年第4期）。沿礦體走向的不同位置,礦柱傾角、寬度、厚度、頂柱的高度、地表回填物的高度差別較大,加上斷層的賦存,使得采場(chǎng)不同位置的穩(wěn)定性差別較大,分述如下:(1)19、21、26剖面,由于礦體厚度較窄(小于10m),預(yù)留的頂柱高度較大,開采引起的頂柱拉應(yīng)力區(qū)較小,穩(wěn)定性較好。(2)16、18、28剖面,礦體厚度較較大,存在失穩(wěn)破壞的可能。(3)20、25剖面,開采將切穿斷層(F8、F18),輕則由于圍巖冒落和涌水影響巷道掘進(jìn),嚴(yán)重時(shí)將形成突冒、突涌危害。以上分析只是提出了不同剖面的穩(wěn)定程度差別和可能的破壞模式,還需要通過下面分析計(jì)算給出定量的結(jié)論。3境界礦柱厚度確定從石人溝鐵礦現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工程地質(zhì)條件、規(guī)模和使用條件等方面出發(fā),與國(guó)內(nèi)外已建的同類工程相比較,確定露天境界礦柱厚度。經(jīng)由“工程類比法”計(jì)算的參數(shù),都采用有關(guān)的計(jì)算方法來進(jìn)行校核。表1和表2的工程類比,列舉了國(guó)外一些礦山安全頂柱厚度,這些頂柱厚度的確定,主要考慮了采空區(qū)跨度和暴露面積以及圍巖硬度,據(jù)此確定石人溝鐵礦境界礦柱厚度,見表3,結(jié)果表明,石人溝鐵礦的安全頂柱厚度在20m以內(nèi)。根據(jù)石人溝鐵礦采空區(qū)圍巖壓力分布特點(diǎn)和可能的破壞模式,該礦的一些條件(不整合面、水等)沒有考慮進(jìn)去,所以不能認(rèn)為20m的境界礦柱厚度就能保證該礦的安全。其它工程經(jīng)驗(yàn)方法見表4,這些方法都是針對(duì)不同的假設(shè)條件得出的,有的考慮到空區(qū)跨度及頂柱巖體特性對(duì)安全頂柱厚度的影響(K.B.魯別涅依他等人的公式),有的考慮了空區(qū)跨度、頂柱抗拉特性及臺(tái)階爆破動(dòng)載荷的影響(B.И.波哥留波夫的公式),有的假設(shè)頂柱是一個(gè)兩端固定的平板梁結(jié)構(gòu)(平板梁理論)等。綜合以上幾種方法,這些公式有較大的片面性,依據(jù)這些公式得出的頂柱安全厚度差別較大(見表3)只能起到參考作用。因此,需要針對(duì)石人溝鐵礦的具體條件,建立相應(yīng)的解析方法。4頂柱穩(wěn)定性驗(yàn)算采空區(qū)覆巖包括頂柱和回填物以及水壓作用,可以利用微分條塊的辦法劃分計(jì)算重力和側(cè)邊剪力,微分條塊數(shù)量越多計(jì)算結(jié)果越精確。在考慮每一微分條塊不同物理力學(xué)指標(biāo)的同時(shí),就可以估算采空區(qū)頂柱極限高度與下沉變形量,據(jù)圖14,得出采空區(qū)頂柱受力平衡關(guān)系寫出下式:開挖后,采空區(qū)上覆n條巖土層(對(duì)于i條厚度hi)重力與側(cè)邊剪力比值(安全系數(shù))η為:η=R/W=2∑i=1n[cihi/cosθ+σxihitanΦisinθ]/(∑Bρihisinθ+ρw+h2B)(1)η=R/W=2∑i=1n[cihi/cosθ+σxihitanΦisinθ]/(∑Bρihisinθ+ρw+h2B)(1)其中:σxi=μi1?μi(σz(i?1)+ρihi2)=μi1?μi(∑j=1i?1ρjhj+ρihi2)(2)σxi=μi1-μi(σz(i-1)+ρihi2)=μi1-μi(∑j=1i-1ρjhj+ρihi2)(2)計(jì)算參數(shù)與結(jié)果見表5。由于不同剖面的頂柱厚度(h2)、頂柱寬度(B)、上覆回填物高度(h1)和礦體傾角(θ)不同,所以各剖面安全系數(shù)不同,同時(shí)還考慮了10m高的水壓作用,計(jì)算結(jié)果見表5和圖15。計(jì)算結(jié)果表明,各個(gè)剖面穩(wěn)定系數(shù)大于1,處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是16、19、20、24和28斷面由于采空區(qū)較寬(20m),其穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備小于1.3,尤其16、20、28斷面的頂柱厚度相對(duì)于空區(qū)跨度來講,不是很厚,其穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備小于1.2,按照重大巖石工程穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求,穩(wěn)定系數(shù)要求在1.2～1.3以上。顯然這幾個(gè)斷面穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備處于這一臨界值。在這個(gè)極限平衡方法中,應(yīng)用了摩爾-庫侖準(zhǔn)則,即確定了潛在滑動(dòng)面后,比較抗滑力和下滑力,同時(shí)考慮了水壓作用,應(yīng)該說比較接近實(shí)際。5從極限平衡分析的角度,主要有建立了20.本文運(yùn)用工程類比法和極限平衡分析方法對(duì)石人溝鐵礦安全頂柱的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,經(jīng)分析得出如下結(jié)論:(1)類比分析認(rèn)為安全頂柱厚度在20m以內(nèi),但根據(jù)石人溝鐵礦采空區(qū)圍巖壓力分布特點(diǎn)和可能的破壞模式,一些其他因素(不整合面、水等)沒有考慮進(jìn)去,所以不能認(rèn)為20m的境界礦柱厚度就能保證該礦的安全。(2)從極限平衡分析的計(jì)算結(jié)果表明,各個(gè)斷面穩(wěn)定系數(shù)大于1,處于穩(wěn)定狀態(tài)。但是16、19、20、24和28斷面由于采空區(qū)較寬(20m),其穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備小于1.3,尤其16、20、28斷面的頂柱厚度相對(duì)于空區(qū)跨度來講,不是很厚,其穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備小于1.2,按照重大巖石工程穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)要求,穩(wěn)定系數(shù)要求在1.2～1.3以上。顯然這幾個(gè)剖面穩(wěn)定系數(shù)儲(chǔ)備處于這一臨界值。(3)極限平衡方法中,應(yīng)用了摩爾-庫侖準(zhǔn)則,即確定了潛在滑動(dòng)面后,比較抗滑力和