地压显现矿山采矿方法选择中数值分析技术的运用

姜朋

（招远市招金金欧矿业有限公司 山东 招远 265400）

摘 要：利用数值分析方法对矿山建立数值分析模型，对其中的数据进行分析来获得相应数据进行采矿的方法在地压显现矿山当中应用逐渐广泛起来，其数值分析技术的应用也提升了矿山采矿的效率，为科学选择合适的采矿方法提供了依据。本文主要对地压显现矿山当中应用数值分析技术对采矿方法进行选择的过程进行了分析，以期能够给地压显现矿山采矿一定的参考。

关键词：地压显现；数值分析；采矿方法

随着社会经济的不断发展，对于矿产资源的需求也在不断增加，这使得对矿山的开采也转向深部开采，而深部矿山开采当中存在的主要难题就是低压问题，随着开采深度的增加，矿山内发生安全事故的可能性也在不断增大，如何选择采矿方法就成为地压显现矿山开采的关键。

一、矿山数值模拟分析

目前，模型试验和现场监测在岩层控制研究和地压控制应用中为主要的方法，但由于地质体 的天然状态所具有的许多复杂性使得解析解很难求得。而随着近年来计算机技术的不断发展，其与数学建模之间的关系也日益密切，数值模拟计算方法开始被逐渐应用到各个领域当中，矿山采矿中也开始尝试应用数值模拟方法进行分析，通过对特定段进行数值建模来分析其目标数据变化，在现代采矿业当中也是比较常见的方法，尤其是对于地压显现的矿山来说，其本身地压变化情况可以通过数值模拟分析来获得相应的数据，根据数据来确定相应的采矿方法，从而能够为采矿的安全性和效率做好铺垫。

以某铜矿山作为研究对象，矿体深部控制在190～220米，矿体厚度在0.6～3.7米之间，属于延深超过延长的类型，产状倾向在150～155°之间，片状构造，矿体下面为凝灰质千枚岩，对于浅部矿体的开采是采用浅孔留矿法进行的，而随着对矿体开采深度的加深，当前已经进入到深部开采状态下，地压已经开始明显显现出来，矿体下的千枚岩在压力作用下出現岩片分开或是折断等现象，存在发生安全事故的风险，对于天井的支护工作难度也在不断加大，需要对深部采矿方法进行调整。

根据此利用数值模拟软件对矿山内部地压变化情况进行分析，在模型建立上首先是对中段平面以及勘深线剖面进行模型建立，然后将围岩作为弹塑性材料进行数值处理，并应用摩尔库伦准则对其进行计算之后，应用软件输出相应的应力、位移和塑性分布图来。

二、地压显现矿山的采矿方法

通过数值分析工具对该矿山进行分析的结果可知，随着对矿山回采力度的加深，采场顶板位移和暴露面积都在不断增加，也随着地压显现的愈发明显，两者都已经到了破坏界限位置，这就使得采场容易发生矿柱片帮或是顶板冒落等危险，因而在采矿方法上应该选择能够减少采场暴露面积的方法来实施开采，从目前的采矿技术来看，主要是有三种方法可供参考。

（一）留矿采矿嗣后尾砂胶结充填法。这种方法是先对矿柱进行开采，然后用尾砂胶结对其进行充填，使矿柱部位在经过充填之后达到养护强度之后再对矿块进行开采，后续对顶底柱进行开采，并用灰砂对其附近进行充填，这样来减少采场的暴露面积。

（二）人工顶底柱留矿采矿嗣后尾砂胶结充填法。这种方法与上面的采矿方法存在相似之处，不同在于需要先构建人工顶底柱和间柱，然后再对矿体进行开采，在开采结束之后再用尾砂胶结对其空区进行充填，这种方法是借助于人工顶底柱来增强矿柱对于顶板围岩的支撑作用，从而保证矿山深部中采矿的安全性。

（三）上向分层尾砂胶结充填方法。这种方法是对上层用尾砂胶结进行充填，在进行上层开采时先将下层用尾砂胶结充填上，然后开采完毕之后将下层挖开，将上层用尾砂胶结填充上，这样采场暴露出来的面积是最小的，对矿石进行回采的概率也是最高的，在开采结束之后也能够较好对地压进行控制。

三、采矿方法选择

三种采矿方法的比较如图1所示，从图中可以看出，第三种采矿方法对于采场暴露面积的控制是最为有效的，能够对地压进行有效的控制，从而有效提升地压显现矿山的开采安全性，还能够在一定程度上提高矿石回踩率，提高矿山的生产率，但在经济成本上花费较多，需要投入更多资金来实施这种采矿方法。而第一种采矿方法和第二种采矿方法在本质上有着相通之处，都是在矿石采完一次之后进行填充，这种方式能够有效降低充填的成本，但在开采过程中的采场暴露面积比较大，经过上面数值分析，采场当中的暴露面积要控制在150㎡以下，再用尾砂胶结进行充填之后，顶板围岩还是容易冒落。而方法二当中应用了人工顶底柱虽然能够有效减少顶板围岩冒落的可能性，在一定程度上提升了矿石回收率，但人工顶底柱的施工上也需要投入较多的费用，包括混凝土搅拌和输送施工都会产生一定的费用，在一定程度上增加了经济成本。从这几种采矿方法的成本来看，第一种方法的施工成本是最低的，而第三种方法的成本则是最高的，但是从矿山深部地压控制来看，第三种方法显然是最为有效和安全的采矿方法，因而综上进行分析，对于本次研究当中的矿山应该采用上向分层尾砂胶结充填法来进行采矿，这样能够有效控制地压，提升采矿的安全性。

结语：

矿山深部地压突出严重，矿山浅部的开采如果是采用浅孔留矿方法进行开采，那么对于深部的开采也应该选择和浅部相似的采矿方法进行开采，但在具体进行选择时还需要利用数值分析技术对其矿山深部情况进行分析，从中选择最佳的采矿方法，这样能够有效提高地压显现矿山的采矿效率和安全性，数值分析技术对于矿山地压分析和矿山开采具有重要的参考作用。

参考文献：

[1]江波.框架式矿柱采矿法采场稳定性数值分析及现场监测[J].采矿技术，2015，15（4）：27-29.

[2]许宏亮，刘召胜.用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数[J].金属矿山，2015，（12）：19-23.

[3]张伟，倪彬，刘晓明.数值分析技术在地压显现矿山采矿方法选择中的应用[J].中国矿山工程，2014，43（1）：1-4.

[4]金毅，宋慧波，潘结南等.煤微观结构三维表征及其孔-渗时空演化模式数值分析[J].岩石力学与工程学报，2013，32（A01）：2632-2641.

[5]余伟健.大面积充填采矿时的流固耦合数值分析及优化[J].矿业工程研究，2009，24（4）：11-17.