基于尖点突变模型的水平矿柱稳定性分析

为研究某矿山在预留厚20 m水平矿柱条件下能否保证大面积连续地下开采时的矿岩稳定,建立水平矿柱受力模型,进而推导出基于尖点突变理论的水平矿柱失稳判据,开展ANSYS数值模拟研究,提出水平矿柱稳定系数的评价指标,对水平矿柱的稳定性进行分析。结果表明:水平矿柱失稳与否,取决于矿柱的材料性质和留设尺寸,以及下部充填体的材料性质,且水平地应力是决定矿柱稳定的关键外部因素;水平矿柱第一主应力为-4.2^-33.2 MPa,未出现应力集中及失稳破坏;第三主应力与等效主应力的极值作用于Ⅶ盘区,矿柱各盘区稳定性较高,稳定系数均超过1.4。在预留厚20 m水平矿柱的条件下,矿柱能保持稳定,可确保矿山安全高效开采,研究结果可为同类型矿山提供指导。

基于尖点突变理论的水平矿柱稳定性研究

龙首矿岩体复杂破碎,为研究其贫矿体大面积开采过程中预留的30m厚水平矿柱能否保证地表及井下采场结构的稳定,基于尖点突变理论对水平矿柱稳定性进行了分析,并利用SURPAC、ANSYS以及FLAC3D等三维数值模拟软件对矿柱稳定性进行了研究。通过GPS地表监测,验证了理论计算与数值模拟结果的可靠度。结果表明:矿柱失稳与否,与岩体强度无关,其中水平应力和矿柱长度越大,越不利于矿柱的稳定,贫矿开采过程中只要做到及时充填采空区,提高充填接顶率,预留30m厚的水平保安矿柱不会发生突变失稳破坏;水平保安矿柱的塑性区分布及其最大主应力变化都在可控的范围内,其中矿柱最大主应力变化较小,由贫矿开采前的24.56MPa增大至27.25MPa,说明贫矿开采并没有对保安矿柱产生过大的应力集中,在预留厚度为30m的情况下,保安矿柱能够保证稳定;采空区充填后,由于充填体的支撑作用,水平保安矿柱能够充分发挥其承载能力,保持地表及井下岩体的稳定,可以保证矿山安全生产。