窄长型充填体的拱架效应及其对目标强度的影响

利用Belem模型计算拱架效应对于充填体垂直应力的转化率,分析充填体3种应力状态下的目标强度(支撑围岩、侧向暴露自立、支撑设备),对比拱架效应引入前后充填体垂直应力降低比率。结果表明:谦比希铜矿窄长形充填体自重应力为0.4 MPa,拱架效应转化后,充填体所受垂直应力仅为0.055 MPa,转化率达到86.25%,最大主应力为充填体宽度方向上的水平应力0.289 MPa;支撑围岩与设备要求强度1 MPa,自立要求强度0.2 MPa。窄长型充填体的目标强度设计应考虑拱架效应对于垂直应力的转化,从而降低相关技术经济指标。

采场空区拱架效应与矿柱宽度及间距相依性分析

为了充分利用岩体拱架效应提高矿山釆空区的稳定性,基于采空区岩拱拱轴内力及结构承载力的特征,构建空区岩拱的力学模型,采用无铰拱理论计算岩拱内力大小,推导出矿柱间距及宽度关于拱轴系数m及拱高h的数学表达式。分析了某大型金矿不同拱轴系数情况下,矿柱宽度及矿柱间距依存关系。结果表明:当矿柱宽度一定时,矿柱间距(l)随着拱轴系数(m)的减小而减小,当拱轴系数减小至零时,拱轴线趋近直线,岩拱效应逐渐消失;当矿柱间距一定时,矿柱宽度(d)随着拱轴系数(m)的增加而增大,变化曲率逐渐减小。工程验证表明,矿柱合理间距取28 m时,采场顶板安全状态良好,现场位移监测验证了其结果的可靠性,说明了空区顶板岩体拱架效应约束作用明显。

考虑拱架效应和后壁剪切力的充填体强度模型

充填体稳定性在地下矿山安全生产中非常重要,以卧虎山铁矿回采充填后单侧揭露的胶结充填体为研究对象,综合考虑充填体内拱架效应和后壁剪切力的影响,建立更加符合现场实际的胶结充填体强度力学模型,研究其变化规律并应用于工程。研究结果表明,考虑拱架效应和后壁剪切力的充填体强度模型预测值受充填体粘聚力影响最大,呈现线性负相关;充填体的结构参数对本文强度模型预测值影响较小,随着结构参数的增大,曲线变化平滑;充填体与围岩接触面越粗糙,黏附系数和内摩擦角系数越大,充填体所需自立强度预测值越小。通过现场验证,该强度模型可满足安全性和经济性的目的。

基于不同充填接顶率的采空区顶板拱架自稳效应

以金属矿采空区顶板为对象,构建以顶板跨度(L),冒落高度(H)为变量的三铰拱力学模型,推导出不同接顶率(m)下顶板最大拱轴力表达式,结合岩体临界轴力判别式,研究充填体不同接顶率下空区顶板的拱架自稳效应。以某金属矿山不同跨度的3个采空区为例,通过顶板最大拱轴力计算,分析不同接顶率对顶板拱架支撑作用的影响;利用数值计算及矿山地压监测数据,对比校验分析结果的合理性。结果表明:随着充填接顶率的增加,顶板最大轴力随之降低;当充填接顶率达到80%时,顶板的轴力值低于临界值,顶板拱架支撑效果明显。