1.1 目的及意义

随着矿产资源需求的增加，矿山的开采规模不断扩大。伴随技术条件及相关因素不断完善、进步，国内外矿山逐步开始由浅部开采向深部开采过渡。竖井对于大部分地下矿山而言都是永久性工程，其服务年限贯穿整个矿山的生命周期，其安全稳定关乎着整个矿山的各项工作进度，如矿石、废石出矿，机械、材料的提升运输，行人，电管缆铺设，通风排水等诸多工作皆通过竖井，因此，应当给予竖井以充分的重视，保证其在矿山服务年限内的稳定性。当矿山进入深部开采后，竖井的安全稳定就更加重要。然而竖井作为联通地表与井下的通道，其穿过的地层状况复杂多变，断层、采动等诸多不利因素都影响着其稳定性，使其随时间推移发生一定程度的破坏。

为保护竖井的稳定性，使其在服务年限内不影响矿山的正常开采运营，目前在国内主要采取的措施是通过研究岩体移动等诸因素来圈定竖井保安矿柱，通过保留竖井周围一定范围内的岩体不对其进行开采来保护竖井的稳定性，并且取得了较好的经济效益，为保证矿山企业的正常运营做出了较大的贡献。

“事物具有两面性”，竖井保安矿柱的留设为保证竖井的稳定性，保证其在服务年限内破坏变形在安全范围内起到了重要作用，但是竖井保安矿柱的存在也造成了矿产资源的留置。位于保安矿柱范围内的矿体资源不得开采产生压矿现象，随着矿山开采深度的逐渐变大，竖井保安矿柱的范围也随之急剧增大。随着社会的快速发展，对资源、能源的需求也在日益增加，保安矿柱压矿量的问题造成了矿产资源的极大浪费，严重影响了矿山企业的效益。

在保证竖井稳定性的基础上对竖井保安矿柱进行回采的论题一直是国内外采矿工程领域研究的重难点。随着岩体力学，数据数值分析等技术理论的发展，对竖井井筒破坏变形理论与机理研究的深入，结合矿床水文地质条件，上下盘围岩状况等因素，国内外学者们进行了大量的研究，取得了许多有益的成果。

本文依据矿山开采技术规范，采用矿山开采的新技术、新方法，通过分析保安矿柱圈定影响因素，在充填体下确定合理的岩移角、安全开采深度、三带高度等参数确定，根据不同开采深度，划分井筒保安矿柱，分析井筒稳定性，建立充填开采前后保安矿柱三维模型，为保安矿柱安全回采提供依据。

1.2 国内外研究现状

为合理确定保安矿柱范围，回采保安矿柱，国内外研究学者及现场施工人员皆都对此进行了大量的研究及讨论。原苏联学者最早提出“安全开采深度”的概念，认为当开采深度到达一定范围后由于采动影响的地表变形位移将会缩小至一定程度，在破坏概念上近乎可以忽略其影响，在这种情况下由地表开始界定保安矿矿柱便不是最为经济合理，竖井保安矿柱的范围需要根据矿山生产的具体情况，具体问题具体分析。

姜坤序等人对国内红透山铜矿采用的上向尾砂分层充填采矿法进行理论探讨并对主竖井稳定性进行判定，该采矿法在红透山铜矿山使用至今已有20余年，是的矿主内百万吨矿物资源得到开采且至今竖井保持稳定；石长岩等人结合红透山的实际状况，“安全深度”理论实施具体技术手段及效果进行表述；杨重工使用深厚比与跨深比、三带理论预计安全深度，并对水下的安全深度、已充填空区的安全深度、山形陡峻矿区的安全深度进行了探讨与预计；崔希民等人从“安全深度”的概念出发，分析了安全开采深度与开采厚度及建筑物的临界变形值之间的关系获得了安全开采深度的确定方法；张群研究了充填法回采程潮铁矿保安矿柱，采用理论分析、数值模拟相似模拟等方法计算采场矿柱合理尺寸，为矿山实际生产实践提供指导；张洪训等人对新城金矿XI#矿体回采进行数值模拟，在ANSYS与FLAC3D中进行力学数值模拟分析，分析其回采过程中受力状态及对竖井的影响；杨蕾等人河北钢铁集团矿业公司中关铁矿为研究背景，将岩体强度与空区充填体强度合理匹配下对采场的结构参数进行优化；刘志新的等人对赞比亚南部某品味较高的铜矿进行探讨与研究，对其深部开采过渡区保安矿柱使用ANSYS和FLAC3D软件建立三维数值模拟模型，分析计算优化保安矿柱的厚度；阿戈柳科夫总结明佳克金矿回采竖井保安矿柱的经验，对该矿山采用的胶结分层充填法回采保安矿柱进行了论述与可行分析；M.H.茨加罗夫教授等人对明佳克矿保安矿柱回采充填体进行实验研究，计算其强度指标等；美国Homestake矿，加拿大黄金巨人矿山等在该方面也取得了较好的成效。

但因矿山地质的差异性，不同的矿山保安矿柱的具体划分范围问题，还难以形成统一的标准。