卧虎山铁矿采场极限暴露面积回归优化模型

doi:10.11872/j.issn.1005-2518.2018.04.503

摘要/Abstract

摘要：

地下矿山开采中，合理的采场暴露面积是保障采矿作业安全的前提，采场暴露面积作为地下采场的主要结构参数需要进行优化。以卧虎山矿27-31线为研究对象，运用3DMine-Midas- Flac^3D耦合建模技术，构建了地表、矿体和采场的精细化模型，在采场长度参数为30 m和40 m的条件下，设计了10种采场暴露面积计算方案，通过数值模拟获得采场顶板最大拉应力和两帮最大压应力，基于此建立了采场暴露面积与顶板最大拉应力及两帮最大压应力的回归优化模型，在有安全系数的保障下确定了采场极限暴露面积。研究结果表明：（1）经采场稳定分析，最大压应力主要出现在采场两帮的围岩，而最大拉应力出现在顶底板；（2）通过建立采场暴露面积与最大拉应力和最大压应力的回归函数关系曲线，获得暴露面积与应力的关系规律，即在相同采场暴露面积条件下，采场越长则拉应力越小，而在相同拉压应力限值情况下，采场越长则极限暴露面积越大；（3）以矿山生产安全系数1.3为基数，通过回归函数曲线规律，根据采场矿体的赋存条件，以30 m和40 m的采场长度值，确定卧虎山矿的极限暴露面积分别为450 m²和600 m²。当岩体力学参数改变时，亦可采用回归函数曲线规律自适应判定采场极限暴露面积和采场跨度。

关键词: 采场稳定性, 结构参数, 采场暴露面积, 精细化建模, 数值模拟, 线性回归, 优化模型, 安全系数

Abstract:

In the mining of underground mines，the reasonable exposure area of stope is precondition to ensure the safety of mining operation.As the main structural parameter of underground mines，it is necessary for exposure area to be optimized.Taking Wohushan mine 27-31 line as the research object，a refined model of surface，orebody and stope model was built by using 3DMine-Midas-Flac^3Dcoupling modeling technology was built by .10 calculation schemes of stope exposure area were designed under the length conditions of 30 m and 40 m for stope.Maximum tension stress of stope roof and maximum compressive stress of wall rock were obtained through numerical simulation.The regression optimization model of exposure area with tensile stress of roof and compressive stress of wall rock was established to determine the reasonable limit exposure area of stope under the protection of safety factor.The results showed that：（1）Maximum compressive stress mainly occurs in stope pillar and maximum tensile stress appears in stope roof by stope stability analysis；（2）The relationship between exposure accumulation and stress was obtained by establishing regression function curve of exposed area and maximum tensile stress and maximum compressive stress of stope.Under the same stope exposure area condition，the longer the stope，the smaller tensile stress.With same stress limit case，the longer the stope，the bigger exposure limit；（3）Taking the mine production safety coefficient of 1.3 as the base，according to occurrence condition of orebody and stope，the limit exposed area of Wohushan mine was determined to be 450 m²and 600 m²by the regression function curve using 30 m and 40 m length of stope. When rock mass mechanical parameters change，the limit exposure area and span value of stope was confirmed through adaptive decision of the regression function curve.

Key words: stability of stope, structural parameters, stope exposure area, fine modeling, numerical simulation, linear regression, optimize model, safety factor

中图分类号:

TD853.3

胡建华,任启帆,亓中华,张纪伟. 卧虎山铁矿采场极限暴露面积回归优化模型[J]. 黄金科学技术, 2018, 26(4): 503-510.

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图/表 11

图1

图2

表1

卧虎山矿岩岩体力学参数"

岩体名称	弹性模量（E）/GPa	泊松比（ $μ$ ）	抗拉强度/MPa	抗压强度/MPa	内聚力（ $C$ ）/MPa	内聚力（ $φ$ ）/（°）	密度（ $ρ$ ）/（kg·m^-3）
矿体	11.67	0.25	3.5	23.30	4.32	29.42	3 490
围岩	11.67	0.26	1.5	10.54	3.20	27.48	2 680
夹石	4.22	0.26	0.5	1.03	0.32	25.56	2 680

表1

表2

图3

表3

图4

图5

表4

暴露面积与最大拉应力、最大压应力线性拟合结果"

应力类型	采场长/m	斜率	截距	方差	规律模型
顶板最大拉应力	30	0.00407	0.748	0.955	$y = 0.0041 x + 0.748$
顶板最大拉应力	40	0.00597	-0.902	0.986	$y = 0.006 x - 0.902$
两帮最大压应力	30	0.02283	7.708	0.9849	$y = 0.0228 x + 7.708$
两帮最大压应力	40	0.02129	4.87	0.9834	$y = 0.0213 x + 4.87$

表4

图6

图7

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方案编号	顶板最大拉应力/MPa	两帮最大压应力/MPa
1	1.87	14.44
2	2.41	15.96
3	2.60	17.51
4	2.82	19.02
5	3.19	21.47
6	1.43	13.79
7	2.19	15.06
8	2.70	17.35
9	3.14	20.11
10	3.94	21.91

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