摘 要

为了满足司家营铁矿南区阶段嗣后充填法的设计要求，进行了矿山工程地质和采矿工艺及技术条件的进行研究和探索。本文应用FLAC3D软件，采用数值模拟的方法，对回采结构参数进行合理优化，并分析开采过程中诱发的地表沉陷规律，确定合理的回采参数，以减小开采沉降的有害影响，为矿山开展下阶段的工作提供参考。

首先根据司家营铁矿南区阶段嗣后充填法的设计要求设计，取间柱宽度10m、20m，顶板厚度25m、40m，设计四种优化方案。

然后应用FLAC3D软件对每种方案进行数值模拟，通过比较位移、主应力大小关系，并结合预留矿石体积的大小，选定间柱宽度为20m，顶板厚度位25m的方案为最优方案。

最后对地面的沉陷情况进行分析，在所有阶段都开采充填后地表最大下沉量23.13cm。最大水平位移为18.1mm。

关键词：采场结构参数；地表沉降；数值模拟；参数优化

Abstract

In order to meet the design requirements of the later filling method in the southern part of the Saijiaying iron ore mine, the geological engineering and mining technology and technical conditions of mine engineering were studied and explored. In this paper, FLAC3D software is used to simulate the parameters of mining structure by numerical simulation method, and the surface subsidence induced by mining process is analyzed to determine the reasonable mining parameters to reduce the harmful effects of mining subsidence. Work for reference.

First, according to the design requirements of the later stage filling method of Sijiaoying Iron Mine, the four widths of the column are 10m, 20m and the roof thickness is 25m and 40m.

Then, the FLAC3D software is used to simulate each scheme. By comparing the displacement and the principal stress, and combining with the size of the reserved ore volume, the optimal width of the column is 20m and the thickness of the roof is 25m.

Finally, the subsidence of the ground is analyzed, and the maximum subsidence of the surface is 23.13cm after all stages. The maximum horizontal displacement is 18.1 mm.

Key Word: structural parameter of mining stope; surface subsidence; numerical simulation; parameter optimization

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 2

1.2.1 采场结构参数优化的研究现状 2

1.2.2 开采沉陷数值模拟现状 3

1.3 研究内容 3

1.4 拟采用的技术方案及措施 3

1.5 本章小结 4

第2章 矿区地质条件和工程地质条件 5

2.1 概述 5

2.2 矿区的地质情况 5

2.1.1 岩体及构造特征 5

2.1.2 矿区的水文地质条件 6

2.2 储量 6

2.3 本章小结 7

第3章 司家营铁矿的开采方案 8

3.1 矿床开采的技术条件 8

3.1.1 矿山工程地质分级与分区 8

3.2 采矿方法的选择 8

3.3 采矿方法构成要素 9

3.4 主要的采切设备 9

3.5 回采工作 9

3.6 适用条件及主要经济技术指标 10

3.7 本章小结 10

第4章 采场结构参数优化 11

4.1数值模拟计算方案介绍 11

4.1.1 FLAC3D软件简介 11

4.1.2 FLAC3D基本原理  11

4.1.3 FLAC3D数值模拟流程 11

4.1.4 应用范围 12

4.2优化方案的选择 12

4.2 计算过程 13

4.2.1 建立几何模型 13

4.2.1 数值模拟的基本假设 13

4.2.2 模型边界条件 13

4.3 计算结果分析 14

4.3.1 竖直位移分析 14

4.3.2 水平位移分析 17

4.3.3 最小主应力分析 18

4.3.4 最大主应力分析 20

4.3.5 经济条件分析 22

4.4 本章小结 22

第5章 矿体开采引发地表沉降分析 24

5.1 概述 24

5.2 几何模型的建立 25

5.3 参数选取 25

5.4 沉降位移模拟结果 26

5.5 三维采场位移待征及分析 27

5.4 本章小结 29

第6章 结论与展望 30

6.1 结论 30

6.2 展望 30

参 考 文 献 32

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

当今世界各国经济社会的发展都离不开矿产资源，随着我国经济的飞速发展，我国对铁矿等矿产资源的需求量日益增加。如果金属矿产资源供应的不足已成为阻碍我国国民经济持续、快速发展的绊脚石，因此在合理的保护环境的前提下，如何更加合理、有效、持续地开采矿物是亟待解决的问题。司家营铁矿南区的采矿工程施工地点位于河北省滦县响嘡镇境内，此次开采的地质条件和工程条件都非常复杂，并且地表还存在村庄和农田。根据地质报告，采用露天法开采时的平水期涌水量为128万m³/d。三期开采使用的开采顺序总体上为自下而上的开采顺序，所采用的采矿方法为充填采矿方法，使用此方法可有效地阻止地表产生塌陷的现象，并能够减少地表变形，还能使矿山受水患灾害影响的概率大大降低。

充填采矿法的优点在于其能提高矿石回收率、降低矿石贫化率、采场稳定性好、安全性高。特别的，在开采那些矿体赋存条件比较差、地表存在一些建筑物或农田、矿石品味很高的矿床开釆工作中具有不可替代的作用。因此近些年来，在世界上所有的矿产大国中充填法得到了广泛的应用。对不同地区的矿山，由于矿岩的种类，矿石的品味不同，充填采矿的技术施工条件也是不一样的，这就需要根据实际情况在矿石开采施工时选取合适的充填法参数，而且对地下采场结构参数和回采顺序进行合理的改进，让矿山作业更安全、更经济、更高效 ^[1]。