摘要：采场回采顺序直接影响着深部矿床地应力的显现，以某地下矿为工程实例，在确保安全开采和满足矿山整体开采规划的前提下考虑投产初期首先回采高品位的矿石，借助FLAC3D数值模拟软件建立了矿体模型，模拟了矿床从高品位到低品位的回采方式，分析回采过程中的应力位移变化情况，得出了投产出期由高品位到低品位回采方式的可行。
关键词：矿石品位；地应力；数值模拟；回采顺序
0 引言
深部矿床的开采中，采场开挖后矿柱和围岩内部的应力场重新分布，回采区域内同一采场开挖的先后顺序不同可能导致围岩和矿柱产生截然不同的应力分布和位移变化。在深部矿床回采中需控制地应力的显现，而采场回采顺序是一种主动控制地应力的方式[1] [2]。合理的回采顺序能够改善围岩的应力分布状态，降低矿柱和围岩在开挖后集聚的能量，提高采场的稳定性。
目前，对采场回采顺序的研究主要是基于岩体工程的稳定性，常用的方法有：工程类比法、计算机模拟放矿、遗传算法、神经网络优化法、数值模拟分析法、相似模型试验、半工业试验以及现场工业试验等[3][4][5]。随着数值模拟软件的快速发展，地下采矿工程中也已经实现了应用FLAC3D、ANSYS、MIDAS、UDEC[6][7][8][9]等软件模拟采场回采顺序。本文采用FLAC3D模拟的研究方法，利用其内置程序建立矿体模型，基于采场开挖的基本原则，设计并模拟了采场从高品位到低品位的回采顺序，分析回采过程中采场的稳定性。
1 矿床开采技术条件简介
该矿属于矿体储量大但矿石品味低的大型矿床，矿体走向长度大。近地表的矿石储量较小，主要矿体都赋存于深部。矿体顶底板围岩主要为石英闪长斑岩，少量砂页岩。零星矿体的顶底板有砂页岩、石英闪长斑岩以及二者组合的多种情况。一般来说，顶板蚀变较强，蚀变矿物组合较复杂，以青磐岩化为主，不同程度叠加硅化、绢云母化、钾化等，伴有细脉状、细脉浸染状、浸染状黄铁矿、黄铜矿；底板围岩蚀变矿物组合相对简单，主要以硅化、钾化为主，混有细脉状、浸染状黄铁矿、黄铜矿。矿区典型矿岩分类见表2-1。
表1 矿区典型矿岩分类表
2 基于FLAC3D的回采顺序数值模拟研究
2.1计算参数
表2为该材料模型需要定义的一些参数。
表2 岩石数值模拟参数
2.2数值模拟模型的建立
利用FLAC3D程序本身的自动网格生成器，建立采场回采顺序对岩体稳定性影响的数值模型。以首采中段为研究对象，建立长×宽×高为840m×1255m×480m的计算模型，模型表面距离地表300m。重点计算区域模型为280m×425m×120m，模型单元83360个，共有节点数93645个。
2.3数值模拟方案
根据矿山的地质资料可知高品位、形态规整的矿石赋存于矿段的中央，矿段的两端多为品位较低、矿体内夹石量较大的矿体。因此，投产出期考虑首先回采矿段中央高品位的矿体，在高品位矿石回采完成之后，再进行低品位矿石的开采。在高品位的矿段区域采用 “隔三采一”的方式布置采场，沿矿体走向后退式回采；待高品位矿体回采完后，再进行低品位矿体的回采。共7步完成矿体的回采。具体回采方案见图1。
图1 高品位矿体到底品位矿体的回采方案示意图
3数值模拟结果分析
借助FLAC3D软件模拟了矿体的回采过程，通过分析典型剖面在每一步回采过程中的应力、位移以及塑性区的变化规律，以此来评估岩体的稳定性。限于文章篇幅本文取典型剖面作为研究对象，分析其在模拟回采过程中的各项指标变化情况。
第四步 第六步
剖面的位移分布图
第四步 第六步
剖面的塑性区分布图
随着开挖步的进行，垂直方向的最大位移量逐步增大。由剖面的位移分布图可看出，先回采的盘区在回采结束后，位移并没有停止变化，而是随回采区域开挖的进行，位移继续增大，回采完成后垂直位移达到最大值。由于岩体在垂直方向的位移相对于充填体的沉降量很小，因而在位移分布图中，模型中围岩部分的位移量几乎一致。通过位移分布图可看出充填体的位移云图呈拱形，可看出其在回采中能够维持自稳.
在整个回采过程中，拉应力均为远未达到岩石的抗拉强度，岩体未出现拉伸破坏，只在矿段两端和采场顶板处出现局部应力集中情况，对于围岩的整体稳定性未造成较大的损伤和破坏。从应力变化角度来说，此方案在回采过程中出现岩体失稳的可能性较小，方案可行。
根据上述分析，可得出按照从高品位区域到低品位区域的矿体回收顺序能够较好的控制地压活动，岩体出现失稳的可能性较小，此方案可行。
4 结论
本文在确保安全开采和满足矿山整体开采规划的前提下考虑首先回采高品位的矿石，采用从高品位到低品位的回采方式，采用FLAC3D数值模拟软件分析了矿体从高品位区域到低品位区域的回采方式，从应力变化特征和塑性区变化规律等多方面衡量了该回采方案过程中围岩的稳定性问题，得出此方案在回采过程中岩体出现失稳的可能性较小，方案可行。
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作者简介：
陈晓博（1984-），男，硕士研究生，主要从事采矿与尾矿库方面的研究工作。
论文作者:1陈晓博,2马玄恒,3郭霆
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/15
标签：矿体论文; 位移论文; 围岩论文; 应力论文; 顺序论文; 数值论文; 品位论文; 《基层建设》2018年第1期论文;