【摘 要】
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充填采矿法具有广泛应用前景,尤其是矿山进入深部开采后,其应用范围将得到更大提升。下向分层充填采矿是充填采矿中重要方法之一,全尾砂膏体充填也是目前主要充填工艺趋势。全尾砂膏体充填体顶板作为进路采场的重要承载单元,其稳定性对保障矿山的安全高效生产具有重要意义。下向胶结充填采场结构参数及回采进路布置是影响充填体顶板稳定性的关键因素,有鉴于此,本文以江西某铜矿山为背景,综合采用室内试验、理论分析、数值模拟
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充填采矿法具有广泛应用前景,尤其是矿山进入深部开采后,其应用范围将得到更大提升。下向分层充填采矿是充填采矿中重要方法之一,全尾砂膏体充填也是目前主要充填工艺趋势。全尾砂膏体充填体顶板作为进路采场的重要承载单元,其稳定性对保障矿山的安全高效生产具有重要意义。下向胶结充填采场结构参数及回采进路布置是影响充填体顶板稳定性的关键因素,有鉴于此,本文以江西某铜矿山为背景,综合采用室内试验、理论分析、数值模拟及现场监测相结合,从全尾砂膏体充填体自身强度、回采进路顶板载荷、分层回采进路布置方案等角度,对充填体顶板稳定性进行分析。主要研究内容及成果如下:（1）矿山常采用灰砂比为1:4和1:8全尾砂膏体进行充填,对两种配比在养护龄期为28d的膏体充填体力学参数进行测试。研究结果表明,灰砂比1:4的膏体充填体单轴抗压强度为5.03MPa,单轴抗拉强度为0.64MPa,弹性模量为0.65GPa,泊松比为0.2,内聚力为1.15MPa,内摩擦角为45°;灰砂比为1:8的膏体充填体单轴抗压强度为1.85MPa,单轴抗拉强度为0.19MPa,弹性模量为0.14GPa,泊松比为0.28,内聚力为0.4MPa,内摩擦角为41°,为下一步研究提供基础。（2）采用全土柱理论、普氏理论、组合岩梁理论、太沙基理论、古典杨森理论、谢家烋理论、比鲍尔曼理论七种载荷计算方案计算了回采进路顶板载荷与上覆充填分层数的关系,计算结果分析表明:采用古典杨森理论计算回采进路顶板载荷值较为合理。由此建立了顶板载荷与上覆充填分层的理论关系,进而提出了不随上覆充填分层数增加而变化的顶板载荷值为极限载荷。（3）下向水平分层膏体充填采矿中,通常采用高灰砂比的膏体充填体作为承载层。目前,承载层一般采用简化的梁、板模型计算其厚度,计算结果与工程实际存在较大差异。建立了回采进路断面尺寸为5m×4m的计算模型,构建了顶板位移尖点突变模型。结果表明:承载层厚度小于1.2m时,进路顶板两侧拐角处形成连续塑性区;承载层厚度为1.0～1.2m时,位移突变特征值由正值向负值发生跃变。由此得到回采进路断面尺寸为5m×4m时,充填体顶板承载层极限厚度为1.2m。（4）下向分层充填采矿法不同进路之间将形成充填弱面,该弱面的力学强度显著降低,为此,采用数值模拟方法研究了充填弱面分布、方位角与充填体顶板稳定性的关系。结果表明,上、下分层回采进路垂直布置时,充填体顶板的稳定性最高。（5）考虑矿山工程实际的安全性,最终推荐当矿山回采进路断面尺寸为5m×4m时,承载层厚度为1.5m,上、下分层回采进路垂直布置。现场监测结果表明,膏体充填体顶板揭露过程中力学状态变化小,能有效发挥承载作用,保障了矿山采场生产作业安全。进一步验证理论研究的合理性,为下向水平分层膏体充填采矿法生产设计提供依据。
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