金川二矿区下向分层胶结充填法回采进路参数优化研究

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金川二矿区是国内典型的深井破碎高应力矿山,随着开采深度的增加,其深部采场不仅面临着矿岩破碎,节理裂隙发育等更加复杂的地质条件,还面临着高应力、高地温及上覆大体积胶结充填体等特殊的开采环境,对深部采场的安全稳定造成威胁。为更好的控制采场地压,提升深部采场的整体经济效益,在确保采场安全稳定的前提下,研究二矿区深部采场回采进路参数在现有参数基础上进一步扩大的可行性。本文基于Mathews稳定图解法、简支梁及薄板理论对进路参数的极限值进行计算,并利用数值模拟、组合赋权及模糊综合评价等方法对金川二矿区深部采场回采进路参数进行优化,主要成果如下:(1)结合Mathews稳定图解法得出的分层高度极限值为5.15m,综合考虑金川二矿区分层高度的设计值和部分盘区的实际值,将分层高度设置为4m、4.5m及5m三个水平;通过对充填体人工假顶建立力学模型,在上覆大体积充填体的外力荷载及人工假顶自重作用下,分别用简支梁理论和薄板理论计算人工假顶内部的应力分布及挠度变化曲线,并借助其抗拉强度分别求解出分层高度为4m、4.5m及5m时的回采进路宽度,进而获得回采进路宽度的极限值为7.07m。(2)依据进路宽度的理论极限值和设计值,将进路宽度设置为5m、6m及7m,并结合分层高度为4m、4.5m及5m,共设计9组不同的回采进路参数试验方案。通过数值模拟,分析不同方案开采时的采场应力、位移及塑性区;通过对各方案的最大主应力等指标进行分析,得出回采进路参数的敏感度,并利用强度折减法和抗拉强度获得的采场安全系数对各方案的采场稳定性进行判别,最终得出进路宽度分别为5m、6m且分层高度分别为4m、4.5m时,均满足安全生产的要求。(3)综合考虑经济、安全、技术等指标的影响,建立了金川二矿区深部采场回采进路参数优化综合评价指标体系;通过组合赋权法获得各指标权重,并构建了模糊综合评价模型,对不同回采进路参数方案进行综合评价。结果表明,方案5的综合评价指标最大,即进路宽度为6m、分层高度为4.5m时,回采进路参数最优,综合效益最大;通过现场试验,验证了优化后的回采进路参数的可行性。
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