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岩金矿山采空区及残留矿柱回采稳定性研究
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赵 奎
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STABILITY STUDY OF MINED-OUT AREAS AND RECOVERY OF RESIDUAL PILLARS IN ROCKY GOLD MINE
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摘要 留矿采矿法是我国岩金地下矿山最主要的采矿方法之一，随着开采活动的不断进行，留矿法开采的岩金矿山将相继面临着未处理采空区不断增加、残留矿柱日益增多的问题，因此，安全回采矿柱与处理采空区是必须解决的重大技术问题。以浙江遂昌金矿为工程实例，对采空区及残留矿柱回采稳定性问题进行了全面系统的研究，主要研究内容及成果包括：
(1) 通过深入现场调查，划分了矿山工程地质岩类，归纳了各岩类基本力学特征及其相应的工程地质现象，确定了主要工程地段的优势结构面组。给出的结构面组识别的模糊均值聚类算法，具有算法简便、识别结果直观的优点。
(2) 提出了基于信息分配的地应力状态与围岩性质之间的模糊识别方法，以解决样本量不足造成的识别困难，同时，结合现场实测的地应力值和地质构造分析法，得出了地应力与深度之间的定量关系，并对初始地应力场分布的基本规律进行了分析。
(3) 根据数值模拟结果对影响光弹性应力计灵敏度的若干因素进行了讨论，依据应力变化值和变化率实测结果采用聚类分析方法确定了采空区稳定性等级和主要承载矿柱，主要承载矿柱的确定对选择残留矿柱回采点具有重要的指导意义。
(4) 通过三维有限元数值模拟，揭示了矿柱不同回采方案的岩体位移、应力等分布的特点，得到了460 m及其以下中段底柱回采前需采取充填等措施及采场底柱留中间采两端的回采方案围岩稳定性最好等重要结论。
(5) 建立了基于关系矩阵和模糊理论的采空区稳定性综合评价方法，最后以地压控制为基本原则，应用系统综合集成原理，将经验知识、理论及现场观测结果有机结合起来，确定了采空区处理和残留矿柱回采的原则和具体方法。
(6) 由于采用声波测试技术分析岩体稳定性目前尚属于经验性评价工作，在详细分析了矿柱纵波速度与所受压力之间的定量关系以及矿柱破裂区分布特点的基础上，建立了基于声波测试的矿柱稳定性模糊推理系统。该系统以矿柱整体稳定性和边角局部破坏可能性作为输出变量，能够更加全面地反映矿柱稳定状态和损伤情况，从而为残留矿柱回采时相邻矿柱稳定性判断提供了更加可靠的定量依据，同时，该推理系统对于硬岩地下矿柱稳定性分析均具有较好的适用性。
(7) 推导了在已知迹线长度密度函数时节理面延展性概率密度计算公式。结果表明，利用实测迹线长度推测节理面实际长度时，统计窗法与测线法的效果是很接近的。在此基础上，建立了同时考虑节理面间距和延展性随机特性的情况下构成块体体积的概率公式，为节理岩体稳定性分析提供了更接近客观实际的模型，并应用该模型对采场顶板块体可动性与规模进行了计算分析。
(8) 根据块体理论与模糊测度理论，提出了大型块体稳定性的模糊随机可靠性分析方法，建立了块体稳定性模糊概率测度计算公式，最后应用于回采点顶板大型结构面构成块体的稳定性分析中，结果表明，该块体沿单面滑动失稳的可能性较大。
(9) 建立了残留矿柱回采后相邻矿柱稳定性的极限状态方程，确定了以应力、波速、位移联合监测的岩体稳定性预测的4种判别模式。实践证明，残留矿柱回采诱发地压大部分属于升压稳定模式。
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| 关键词 ：
岩金矿山,
采空区,
残留矿柱,
回采,
稳定性
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收稿日期: 2003-05-08
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