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我国有着丰富的石膏矿产资源,近年来由于不合理的开采,加之后期缺乏合理的维护和监管,石膏矿矿难事故不断发生,其中以采空区大面积坍塌造成人员伤亡的事故最为严重。本文针对苏北石膏矿存在的超宽、超高开采及采空区泡水等一些问题,综合运用现场调研、实验室测试、理论分析及数值计算的研究方法,对石膏矿采空区稳定性做出系统的研究,主要研究成果如下:(1)对不同浸水天数的石膏岩的含水率进行测试,并通过SEM电镜扫描分析石膏岩微观裂隙的发育规律;通过实验室试验对不同浸水天数的石膏岩的抗压、抗拉强度等力学性能进行测试,并对测试结果进行拟合分析,得到石膏岩的弹性模量、泊松比等力学参数,为采空区稳定性的数值模拟以及矿柱安全系数的计算等提供基本参数。测试结果表明,浸水后石膏岩的力学性能不断下降,从而使采空区的矿柱及顶板的强度下降,导致事故发生。(2)基于微元体破坏数目定义损伤因子,建立不同浸水时间石膏岩单轴压缩本构模型,推导本构方程,分析了石膏岩浸水后的脆性系数变化规律;采用声发射设备对不同浸水天数的石膏岩声发射特征进行测试和分析,结合应力-应变曲线分析不同浸水时间石膏岩在压缩过程中的能量演化特征,基于声发射特征及能量演化特征定义损伤影响因子,建立石膏岩三轴损伤本构模型,推导损伤本构方程,从不同角度描述浸水石膏岩的损伤演化规律。(3)结合苏北石膏矿的地质特征、实际开采现状以及试验测试数据,采用FLAC3D分别对天然和饱水两种情况下石膏矿采空区稳定性进行数值模拟,模拟结果表明符合设计要求的天然未浸水的采空区稳定性较好,矿柱塑性区发育较少。饱水情况下,采空区塑性区发育明显,矿柱全部失稳,危及采空区的安全性。(4)根据矿柱荷载和矿柱强度的相互关系,计算出所选区域采空区天然及饱水两种状态下矿柱的安全系数。计算结果表明,天然状态下仅有少量不符合设计要求的矿柱低于规定安全系数,不合格率约为4.1%,而在饱水状态下,大部分矿柱低于规定安全系数,不合格率达到79.59%。上述研究结果对石膏矿采空区发生浸水情况下的稳定性判定提供参考和依据。