龙首矿西二采区拟变更采用无底柱分段崩落法采矿,通过诱导上部胶结充填体及覆岩冒落形成覆盖层。为避免因大面积胶结充填体冒落而引发的矿震、冲击气浪等安全隐患影响矿山正常回采作业,需要尽可能地降低冒落冲击振动影响,通过对上部胶结充填体诱导冒落过程及下部采场稳定性进行分析研究,提出有效的安全措施促使胶结充填体及时发生冒落对矿山正常安全回采至关重要。本文对矿区开采现状及相关工程地质资料进行收集、整理和调研,运用“梁”理论分析和FLAC3D数值模型模拟相结合的研究方法和手段对胶结充填体诱导冒落过程、冒落垮塌规律进行了分析。同时,根据相似材料实验原理制定并完成了针对性的相似材料物理模型实验,对下分段巷道振动波速度随散体垫层厚度增加呈现的衰减规律进行分析,得出了合理的散体垫层厚度。取得如下研究结果:1)经理论计算和数值模型模拟分析,胶结充填体受拉应力大于自身抗拉强度,随回采进路或回采步距的增加,胶结充填体受到的最大主应力、沉降位移逐渐增加,塑性区体积几何式增加,此时,胶结充填体底部将发生失稳,由中心位置开始受到破坏,冒落以受拉破坏为主。2)西二采区发生井下及地面塌陷地质灾害受不同的受力状态而呈现不同的破坏形式。胶结充填体及覆岩发生垮塌模式符合“胶结充填体局部冒落+覆岩整体柱塞垮塌”模式,而地表可能出现台阶式沉降。3)随着采场矿石的不断放出,上部整体塌落的岩柱不排除发生二次崩解逐步形成散体状冒落体的可能,最终导致地表出现漏斗状的塌陷坑。可通过扩大采空区的有效暴露面积,控制采空区的冒落进程,胶结充填体冒落将经历“冒落—稳定—再冒落—再稳定”的循环过程。4)3条进路间距为15m的回采进路同时回采,形成矩形采空区跨度达45m,采空区暴露面积达396m2,可满足胶结充填体诱导冒落要求。5)根据相似材料物理模型冲击实验振动衰减规律,结合散体安全垫层最小厚度的估算式,龙首矿西二采区安全垫层厚度须达5m。综上所述,矿山采用3条相邻巷道同时回采,并确保采空区内安全垫层厚度至少达到5m,可以促使胶结充填体尽快发生冒落并且保障采场的安全稳定性。