矿柱—充填体系统协同作用机制研究

洪伟^1,2,3，孙光华^1,3，梁世波⁴

1. 华北理工大学矿业工程学院2. 北京科技大学土木与资源工程学院3. 河北省矿业开发与安全技术重点实验室4. 华北理工大学以升创新教育基地

摘 要：为深入分析矿柱和充填体的协同作用机制,针对矿山点柱式充填开采工艺,抽象出矿柱—充填体系统模型,并利用FLAC^3D数值模拟软件构建其力学模型,从整体和局部的角度综合分析了矿柱和充填体的协同作用关系及其承载机制。研究表明:充填体对矿柱存在4种作用效果,即提高矿柱峰值强度、限制矿柱径向位移、延缓矿柱破坏、加强破坏矿柱承载能力,在充填体作用下,矿柱承载特性改善显著,峰值强度提高了34%;从整体角度上分析,系统在承载过程中,充填体的力学行为表现为总体支护—被动承载—位移约束—共同承载,矿柱成为加载初期主要承载体的本质原因是二者弹性模量的差异;从局部角度上分析,系统中部矿柱和充填体在承载过程中相互作用、相互协助,二者具有明显的协同承载机制,以维持平面整体承载力,此外,在系统高度h=75 mm位置的充填体及矿柱应力状态明显高于h=50 mm位置。上述分析可为矿山分层充填优化设计提供依据。

关键词：矿柱—充填体系统;FLAC^3D;监测点;协同承载;