1、總第184期2012年2月文章編號：10099700（2012）01001804南方金屬SOUTHERNMETALSSum184February2011白廟溝鉬礦露天轉地下開采境界礦柱參數設計研究馮11231銳，郭振春，吳賢振，黃鐵平，李昌彥（1河南省冶金規劃設計研究院，河南鄭州450000；2江西理工大學，江西贛州341000；3廣東省冶金建筑設計研究院，廣東廣州510080）摘4要：根據白廟溝鉬礦區150×10t/a采選工程可行性研究項目需要，為保證礦山由露天坑采轉地下回采安全，采用了有限元設計思想，借助ANSYS有限元數值計算軟件，建立隔層境，界礦柱的有限元數值計算模型，推定了

2、隔層境界礦柱的最優結構參數關鍵詞：白廟溝鉬礦；ANSYS；保安礦柱；最優參數+中圖分類號：TD2141；TB115文獻標識碼：AParameterselectionforthesafetypillarsinthetransitionareasfromsurfacetoundergroundminingatBaimiaogoumolybdenummineFENGRui1，GUOZhen-chun1，WUXian-zhen2，HUANGTie-ping3，LIChang-yan1（1HenanPlanandDesignInstituteforMetallurgy，Zhengzhou450000，H

3、enan；2JangxiUniversityofScienceandTechnology，Ganzhou341000，Jiangxi；3GuangdongDesignandResearchInstituteforMetallurgyandArchitectureGuangzhou510080，Guangdong）Abstract：Accordingtothefeasibilityinvestigationofa150×104t/aminingprojectatBaimiaogoumolybdenummine，anFEAnumericalmodelforconstructingthei

4、nterlayersafetypillarsforthetransitionareasfromsurfacetoundergroundminingwasbuilt，basedontheconceptoffiniteelementanalysisandemployingtheFEAsoftwareANSYS，andthestructuralpa-rametersofthepillarswereoptimized，soastosecuretheminingoperationsKeywords：Baimiaogoumolybdenummine；ANSYS；safetypillar；optimumpa

5、rameters1概述薄膜狀構造頂板為花崗巖堅硬巖組和變安山巖較堅硬巖組，穩固性較好可行性研究設計礦山為露天和地下聯合開采，按照境界剝采比不大于經濟合理剝采比的原則，結合露天開采境界圈定的結果，推薦露天開采最低開710m標高為封閉圈，710m標高以采標高560m，710m標高以上為山坡露天560m下為凹陷露天，標高以下采用地下開采設計采礦方法為房柱法礦塊沿走向布置，長50m，斜長5060m，頂柱厚2m，間柱寬3m為了保證安全生產，在露天坑底部預留境界礦柱白廟溝鉬礦隸屬欒川恒裕礦業有限公司，礦區位于欒川縣東北約40km的合峪鎮官莊村東南礦區水文、工程地質條件簡單，屬斑巖型鉬礦床主礦2體長1200

6、m，寬500600m，面積0.58km，平均厚度63.90m礦體形態為層狀、厚板狀、大透鏡狀，形態、產狀受巖體與圍巖接觸面影響，總體產狀近水平，略向北西緩傾斜，傾角一般小于100，局部200300礦石平均品位0.066!礦石構造為細脈狀構造、網脈狀構造、星散浸染狀構造、斑點浸染狀構造、收稿日期：20110805作者簡介：馮2011年江西理工大學采礦工程碩士研究生畢業，銳（1984），男，助理工程師總第184期馮銳，等：白廟溝鉬礦露天轉地下開采境界礦柱參數設計研究表2保安礦柱方案一最大壓方案一數值計算結果最大拉水平位移/mm1081921有限元數值計算計算方案及模型為保證地下開采安全生產和減少礦

7、石的永久損垂直位移/mm472應力/MPa應力/MPa417399失，參照類似工程的設計經驗，本次數值模擬采用ANSYS有限元非線性數值計算軟件，擬采用三種方案來計算境界礦柱受地下開采擾動作用后的應力與應變特征結合設計的采礦方法，參照相關工程，取井下采場長50m，高度30m，相鄰采場間礦柱寬6m分別建立境界礦柱厚為15m，20m，25m的3個模型計算不同結構參數的境界礦柱受地下開采擾動后的應力與應變特征對境界礦柱穩定性進行評估，并確定境界礦柱的最優結構參數根據計算方案和采場結構參數，結合巖石力學相關理論建立二元有限元模型采用二維實體結構它由8個節點結合而成的模型的PLANE82單元，Y2個方向

8、的自由度該四邊形單元，每個節點有X、單元具有塑性、蠕變、膨脹、應力強化、大變形和大應變的特征模型長761m，高166m22巖體物理力學參數及邊界條件選取數值計算所選用的巖石的力學參數、模型對計算結果有較大的影響，為了保證計算結果的準確性，河南省欒川縣白廟溝鉬礦區詳查報告參照了和礦區巖石力學相關資料，在此基礎上，確定了白廟溝鉬礦礦區礦巖的物理力學參數如表1所示表1礦巖類型礦體變安山巖花崗巖彈性模量/104MPa545148數值計算模型參數容重/t·m32802326凝聚力/MPa252119內摩擦角/°424144抗拉強度/MPa33858410圖1給出了采場開挖后境界礦柱及

9、圍巖水平方向上應力變化結果采場開挖后，礦柱及其圍巖應力發生了較大的變化，礦柱局部地方產生了應力集中，水平方向上最大壓應力值2.75MPa，最大拉應力值為1.74MPa圖2給出了境界礦柱及圍巖垂直方向上應力變化結果礦柱受采場開挖擾動作用，垂直方向上最大壓應力值為4.17MPa，最大拉應力值為3.99MPa最大拉應力超過了礦體的抗拉強度礦柱局部巖體發生了塑性變形圖1方案一境界礦柱X方向應力云圖泊松比013021027結合大量數值計算實例，為降低邊界效應對計算結果的影響，以及運算速度的需要，模型邊界長度按照開挖直徑的3倍來選取2313對模型的下部，約束圖2方案一境界礦柱Y方向應力云圖豎直方向的位移對

10、模型左右，約束水平方向的位移數值計算結果及分析方案一模擬了井下采場開挖后，境界礦柱的應力與應變特征，數值計算結果如表2所示方案二、三調整了境界礦柱結構參數，模擬了井下采場開挖后，境界礦柱的應力變化特征數值計算結果如表3所示20表3保安礦柱方案二方案三方案二、三數值計算結果最大拉水平位移/mm081102南方金屬SOUTHERNMETALS2012年第1期最大壓垂直位移/mm4950應力/MPa應力/MPa251191222128圖3給出了方案二采場開挖后境界礦柱及圍巖水平方向上應力變化結果采場開挖后，礦柱及其圍巖應力發生了較大的變化，礦柱局部地方產生了應力集中，水平方向上最大壓應力值2.01M

11、Pa，最大拉應力值為1.91MPa圖4給出了方案二境界礦柱及圍巖垂直方向上應力變化結果礦柱受采場開挖擾動作用，垂直方向上最大壓應力值為2.51MPa，最大拉應力值為0.8MPa圖5給出了方案三采場開挖后境界礦柱及圍巖水平方向上應力變化結果采場開挖后，礦柱及其圍巖應力發生了較大的變化，礦柱局部地方產生了應力集中，水平方向上最大壓應力值2.19MPa，最大拉應力值為1.28MPa圖6給出了方案三境界礦柱及圍巖垂直方向上應力變化結果礦柱受采場開挖擾動作用，垂直方向上最大壓最大拉應力值為0.74MPa應力值為2.22MPa，圖5方案三境界礦柱X方向應力云圖圖6方案三境界礦柱Y方向應力云圖24礦柱穩定性

12、評價根據數值計算結果，對礦柱的穩定性進行評價46：礦柱安全系數普遍采用下式計算Fs=PS/FS為安全系數，PS為礦柱強度，式中，為作用在礦柱上的應力結合巖石力學相關理論，由表1可知保安礦柱巖體抗拉強度為3.38MPa三種方案的安全系數如表4所示圖3方案二境界礦柱X方向應力云圖保安礦柱安全系數表4安全系數計算結果方案二176方案三264方案一084圖4方案二境界礦柱Y方向應力云圖方案一：采場開挖后境界礦柱及圍巖應力發生了較大的變化，最大拉應力3.39MPa最大拉應力超過了礦體的抗拉強度境界礦柱局部巖體發生了塑性變形塑性變形區位于采空區側部和境界礦柱右側區域拉伸破壞不明顯安全系數為0.84方案二：

13、采場開挖后，境界礦柱及圍巖應力與位移發生了變化，最大拉應力1.91MPa最大水平0.81mm，最大垂直位移為4.9mm無明顯塑性破壞區域安全系數為1.76（下轉第32頁）32南方金屬SOUTHERNMETALS1702012年第1期此不會給環境造成如鉻酸鈍化那樣的環境污染，生產使用后的鈍化廢液為強酸性可用石灰中和3周金保鍍鋅層無鉻鈍化工藝的新進展J電鍍與1991，11（5）：79環保，4尚思通，小米·蓋爾鋅與鋅合金鍍層三價鉻鈍化的電鍍與精飾，2007，29（6）：2831優越性分析J5安成強，郝建軍，牟世輝鍍鋅鋼板無鉻鈍化技術的發J表面技術，2003，32（2）：68展6郝建軍，安成

14、強，邵忠財，等A3鋼鍍鋅層鉬酸鹽鈍化J材料研究學報，2006，20（4）：427膜的組成和性能4307張景雙，夏保佳，屠振密，等錫鋅合金鍍層的無鉻和J電鍍與涂飾，2002，24（3）：9低鉻鈍化8張洪生，楊曉蕾，陳9馮立明，王2010版社，10曾華梁，北京：吳仲達，陳鈞武電鍍工藝手冊M2004機械工業出版社，熹植酸在金屬防護中的應用3結論采用以氟鈦酸鉀為主鹽，附加其他輔助添加劑的非鉻酸鹽溶液體系對鍍鋅層進行鈍化處理，消除鉻酸鈍化對環境的污染，生產使用后的鈍化廢液為強酸性，可用石灰中和按本文所選擇的配方和實驗條件處理的鋅鍍層，可獲得白藍色、憎水性較好的鈍化膜該鈍化膜鹽水溫熱試驗為328h，中性鹽

15、霧試驗達43h參考文獻1閆D昆明磊電鍍鋅硅酸鹽鈍化工藝及機理研究J腐蝕科學與防護技術，2002，14（4）：242北京：化學工業出玥電鍍工藝學M2008理工大學，2韓克平，葉向榮，方景禮鍍鋅層表面硅酸鹽防腐膜的J腐蝕科學與防護技術，1997，9（2）：167研究櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆櫆（上接第20頁）方案三：采場開挖后，境界礦柱及圍巖應力與位移發生了變化，最大拉應力1.28MPa最大水平1.02mm，最大垂直位移為5.0mm無明顯塑性破壞區域安全系數為2.64三種方案中，方案一的境界礦柱巖體發生了塑性變形，安全系數較低；方案二

16、、方案三的安全系數均符合設計要求，境界礦柱作為永久損失不預開采，經計算，方案二境界礦柱占壓（332）+（333）礦石量（332）礦石量30.3400×為52.1985×10t，其中，受地下開采擾動作用后的應力分布狀態進行了模擬計算，應用穩定性評價，推定了合理的境界礦柱參數設計思路對類似工程有一定的參考和指導意義參考文獻1何滿潮，北京：科學出劉東燕工程地質數值法M2007版社，2劉漢東巖土工程數值計算方法M鄭州：黃河水利1995出版社，3黃鐵平，韓仕權基于ANSYS的某鐵礦采場穩定性分J現代礦業，2009，11：2324析4MartinCD，MaybeeWGThestrengthofhardrockpil-IntemationalJournalofRockMechanicslarsJMiningSciences，2000，37：123912465鄭澤岱，劉沐宇，祝文化礦柱強度估算及穩定性評價J武漢工業大學學報，1993，