矿山开采结束后遗留了大量的采空区,采空区的稳定性决定了地表场地的稳定性和可利用性,因此采空区稳定性的研究一直受到国内外学者的广泛关注。硬岩矿山在开采时,由于围岩与矿体较为坚硬,多采用空场法。空场法中维持采空区稳定的关键在于矿柱的稳定性,由于在采矿过程中受到爆破扰动,后期又受到地下水长期浸泡软化等因素的影响,矿柱的强度不断降低,这些因素在已有的矿柱稳定性计算公式中多取为折减系数或直接忽视,使计算结果产生较大误差。基于此,本文以连云港新浦磷矿磷灰岩矿柱为研究对象,利用实地调查分析、现场钻探、室内试验论证、数值模拟分析等方法,深入地研究了新浦磷矿地区矿柱破坏模式,详细探讨了爆破震动、浸水软化和宽高比对硬岩矿柱稳定性的影响。主要研究成果如下:(1)收集已有的设计资料,结合实地勘测,分析了研究区的地形地貌、地质构造、地层结构、水文地质及工程地质等地质特征,并调查分析了采空区场地地表塌陷情况。(2)通过分析空场法开采过程中顶板与矿柱的破坏模式,分析了在硬岩矿区开采过程中,矿柱稳定性的研究对维持采空区稳定具有控制作用。分析影响矿柱稳定性的因素,结合研究区的实际情况,得出在新浦磷矿采空区中影响矿柱稳定性的主要因素为爆破震动、宽高比及浸水软化作用。(3)通过数值模拟,模拟分析了爆破震动影响下矿柱损伤程度,采用HJC(Holmlquist-Johnson-Cook)材料模型和流固耦合计算方法,分析研究了在深孔暴力搬运阶段矿房法采矿过程中,不同药量的差异对矿柱损伤程度的影响。通过对岩体损伤云图分析可得,矿柱强度从外向内逐渐降低,据此将矿柱划分为完全损伤区、部分损伤区和无损伤区,运用数值分析软件对不同药量下每个区域的宽度拟合曲线,结合研究区采矿过程中的实际药量,得到爆破扰动影响下新浦磷矿矿柱损伤范围。(4)运用数值模拟软件探究不同宽高比对矿柱强度的影响,采用控制变量法对不同细观强度下矿柱的峰值强度进行研究。通过模拟可得不同宽高比条件下岩体模型的峰值强度,并对模拟结果进行拟合分析,得到不同宽高比条件下矿柱峰值强度公式。(5)通过对现场钻探采取的岩芯进行室内物理力学试验,研究了地下水的长时间浸泡对矿柱强度的影响,拟合得到矿柱强度随浸泡时间变化的公式;结合研究区实际浸泡时间,得出研究区地下水长期浸泡软化作用下矿柱强度的折减系数。(6)基于三个因素影响下的研究成果,结合研究区新浦磷矿矿区内浸水软化作用具体时间、爆破震动药量和宽高比设计的情况,选取矿区-200m中段的矿柱进行稳定性计算分析,将计算结果按稳定、基本稳定及不稳定进行分区,分析得到不稳定区域与现场调查圈定的塌陷区范围一致,验证了上述影响因素对矿柱强度折减的结论的有效性。