第12期 姚高辉等：程潮铁矿岩爆倾向性分析及其能量预测 ,1495 学参数是通过对井下采集的岩样经过岩石力学实验 与勘探线方向近似垂直，因此在计算域边界上施加 来确定的，塌陷带和断层力学参数参照文献[6一7]， 东西向应力，即在模型边界上施加边界法向水平构 采用工程类比法近似得到，如表3所示，计算时采 造应力 用DruckerPrager屈服准则s]. 5计算结果分析 表3计算模型的岩体力学参数 Table 3 Rock mechanical parameters with the numerical model 模型分析以一800m水平标高以上为主要研究 弹性模 容重/ 泊松比，黏聚力/ 内摩擦 对象 岩性 量/GPa(kNm-3) MPa 角/（°） (1)从图4(a)可以看出，一430m水平最大拉 大理岩 32.1 26.6 0.28 6.48 31.3 应力值为17.6MPa.矿体上下盘拉应力值较大，而 塌陷带 0.3 21.0 0.32 0.06 20.0 且主要出现在闪长岩和花岗岩中，其中位于W25~ 闪长岩 49.9 26.3 0.23 10.51 34.3 W43线和W11E6线矿岩接触带拉应力值显著增 矽卡岩 35.8 30.2 0.29 6.50 38.4 大，说明一430m水平开采完毕后，受断层带分布密 花岗岩 60.5 27.8 0.23 6.15 36.2 集和采空区增大的影响，采场发生拉应力集中现象， 磁铁矿 39.4 41.2 0.30 8.32 33.6 当局部矿岩体拉应力值超过其最大抗拉强度，采场 断层 3.2 21.0 0.40 0.60 25.0 内部分巷道或硐室可能会发生张裂破坏.从图4(b) 可知，压应力较大值主要出现在矿体下盘矿岩接触 4.4 边界条件的确定和外加载的考虑 带中，其中西区尤为明显，这主要是由于上部采矿 矿区区域地应力场最大主应力方向为S82°E, 活动结束后，采空区下盘主要承受压应力所引起的， 了体边界线 了体边界线 比例尺100中段运大 -0.194×100.112×10-0.296×100527×100.135×10 -0.807×10-0525×100.444×10-0262×10-0808×10 -0.153×10-0.707×10°0.116×10°0.938×100.176×10 -0.716×10-0.535×10-0353×10心-0.172×10Y0.100×10 图4一430m水平矿岩主应力分布云图，(a)1分布图：(b)3分布图 Fig.4 Principal stress distribution of ore and rock at -430m level:(a)distribution of :(b)distribution of (2)从计算结果可以看出，一-430m水平以上开 增加 采完毕后，一500m水平矿体中存在较大拉应力，拉 (4)从图5(a)可以看出，-500m水平最大拉 应力最大值为14.5MPa,这主要是受上部开采和开 应力值约为22.4MPa.矿体上下盘拉应力值较大， 拓工程的影响，产生较大采空区或松散覆盖层，导致 而且主要出现在花岗岩中，其中位于W23~W55线 地应力集中，但随着深度增加，拉应力逐渐转变成压 矿岩接触带拉应力值显著增大，说明一430m水平 应力，而且压应力值越来越大，模拟结果表明程潮 开采完毕后，受采空区增大和矿山开拓的影响，采场 铁矿区存在较高的地应力场，在1000m深度，最大 发生拉应力集中现象，从图5(b)可知，压应力较大 主应力可达到44MPa. 值主要出现在矿体下盘矿岩接触带中，其中西区 (3)由于上部开采引起应力重新分布，一430m W25~W55尤为明显.这主要是由于该水平矿体主 水平压应力值明显高于一500m水平，局部地区压 要分布在此处，矿体下盘矿岩接触带主要承受压应 应力值最大为80.7MPa:而一500m水平以下矿体， 力所引起的， 由于未受开挖扰动影响，压应力随着深度增加而学参数是通过对井下采集的岩样经过岩石力学实验 来确定的‚塌陷带和断层力学参数参照文献［6－7］‚ 采用工程类比法近似得到‚如表3所示．计算时采 用 Drucker－Prager 屈服准则［8］． 表3 计算模型的岩体力学参数 Table3 Rock mechanical parameters with the numerical model 岩性 弹性模 量／GPa 容重／ （kN·m －3） 泊松比‚ μ 黏聚力／ MPa 内摩擦 角／（°） 大理岩 32∙1 26∙6 0∙28 6∙48 31∙3 塌陷带 0∙3 21∙0 0∙32 0∙06 20∙0 闪长岩 49∙9 26∙3 0∙23 10∙51 34∙3 矽卡岩 35∙8 30∙2 0∙29 6∙50 38∙4 花岗岩 60∙5 27∙8 0∙23 6∙15 36∙2 磁铁矿 39∙4 41∙2 0∙30 8∙32 33∙6 断层 3∙2 21∙0 0∙40 0∙60 25∙0 4∙4 边界条件的确定和外加载的考虑 矿区区域地应力场最大主应力方向为 S 82°E‚ 与勘探线方向近似垂直‚因此在计算域边界上施加 东西向应力‚即在模型边界上施加边界法向水平构 造应力． 5 计算结果分析 模型分析以－800m 水平标高以上为主要研究 对象． （1） 从图4（a）可以看出‚－430m 水平最大拉 应力值为17∙6MPa．矿体上下盘拉应力值较大‚而 且主要出现在闪长岩和花岗岩中‚其中位于 W25～ W43线和 W11～E6线矿岩接触带拉应力值显著增 大‚说明－430m 水平开采完毕后‚受断层带分布密 集和采空区增大的影响‚采场发生拉应力集中现象． 当局部矿岩体拉应力值超过其最大抗拉强度‚采场 内部分巷道或硐室可能会发生张裂破坏．从图4（b） 可知‚压应力较大值主要出现在矿体下盘矿岩接触 带中‚其中西区尤为明显．这主要是由于上部采矿 活动结束后‚采空区下盘主要承受压应力所引起的． 图4 －430m 水平矿岩主应力分布云图．（a） σ1 分布图；（b） σ3 分布图 Fig．4 Principal stress distribution of ore and rock at －430m level：（a） distribution of σ1；（b） distribution of σ3 （2） 从计算结果可以看出‚－430m 水平以上开 采完毕后‚－500m 水平矿体中存在较大拉应力‚拉 应力最大值为14∙5MPa‚这主要是受上部开采和开 拓工程的影响‚产生较大采空区或松散覆盖层‚导致 地应力集中‚但随着深度增加‚拉应力逐渐转变成压 应力‚而且压应力值越来越大．模拟结果表明程潮 铁矿区存在较高的地应力场‚在1000m 深度‚最大 主应力可达到44MPa． （3） 由于上部开采引起应力重新分布‚－430m 水平压应力值明显高于－500m 水平‚局部地区压 应力值最大为80∙7MPa；而－500m 水平以下矿体‚ 由于未受开挖扰动影响‚压应力随着深度增加而 增加． （4） 从图5（a）可以看出‚－500m 水平最大拉 应力值约为22∙4MPa．矿体上下盘拉应力值较大‚ 而且主要出现在花岗岩中‚其中位于 W23～W55线 矿岩接触带拉应力值显著增大‚说明－430m 水平 开采完毕后‚受采空区增大和矿山开拓的影响‚采场 发生拉应力集中现象．从图5（b）可知‚压应力较大 值主要出现在矿体下盘矿岩接触带中‚其中西区 W25～W55尤为明显．这主要是由于该水平矿体主 要分布在此处‚矿体下盘矿岩接触带主要承受压应 力所引起的． 第12期 姚高辉等： 程潮铁矿岩爆倾向性分析及其能量预测 ·1495·