第7期 谭玉叶等：挂帮矿充填法开采对高陡边坡及采场围岩稳定性的影响 ·735· 表2主要岩类力学参数 Table 2 Main mechanical properties of the rock 岩类 容重，y/(kNm3) 弹性模量，E/GPa 泊松比，4 准岩体抗压强度，uMPa 内聚力，C/MPa 铁矿体 40.3 15.23 0.31 87.11 0.33 花岗岩 25.5 17.96 0.27 99.75 0.48 矽卡岩 24.7 13.24 0.23 62.6 0.24 闪长岩 27.4 21.44 0.35 102.94 0.52 强度比C。为：C.=C。=C,×C,=2.1×100=210. 矿柱及顶底板并充填采区.监测内容包括实时应力 模型划分为矿体、围岩和充填体三部分，各模拟物理 和位移监测，开挖前后拍照等.实验模拟过程如图8 力学参数如表3. 所示. 表3模型物理力学参数 Table 3 Physical and Mechanical parameters of the model 实验模拟材料 y/kN…m-3 E/MPa Ome/kPa 铁矿石 19.19 72.52 0.31 414.81 花岗岩 12.14 85.52 0.27 475.00 矽卡岩 11.76 63.05 0.23 298.10 闪长岩 13.05 102.10 0.35 490.19 。。。 充填体 90.00 大量的实验表明，影响相似材料力学性能的主 要因素是相似比、含水率、各材料自身力学性能和容 重等，结合实际岩石力学参数，选取不同的河沙、碳 图8物理模拟实验过程 酸钙和石膏的相似材料配比进行对比分析，得出较 Fig.8 Process of the physical experiment 为合理的相似材料配比如表4. 3.2.3数据整理分析 表4模拟材料相似配比 (1)位移分析.分别对99个监测点的x、y和z Table 4 Compounding ratio of the simulating material 坐标值进行监测，可得x轴方向没有明显位移变化， 岩体 铁矿石花岗岩矽卡岩闪长岩充填体 y、z轴坐标值随着实验的进行发生相应的变化，但 配比 7:3:7 6:4:67:6:4 3:6:4 7:7:3 变化不大.分析如下：①随着矿房的开挖，靠近空区 水量配比1/9 1/9 1/9 1/7 1/9 及边坡岩体附近的测点y方向坐标值出现了均向边 注：水量配比数据为水量所占河沙、碳酸钙和石膏三者总重的 坡的横向移动，：方向坐标值发生竖向变形且均竖 比例 向下沉，随着开挖的进行变形增大，但移动最大范围 3.2实验分析 在0.1mm内.②采空区充填后，大部分监测点横向 3.2.1实验数据监测 位移及竖向位移均不再发生变化，但充填不能使已 实验从应变和位移两个方面对模型进行监测， 有变形恢复至初始状态.③矿柱及顶底板回采后， 使用压力传感器测量围岩应力变化，采用全站仪监 测点的y、z坐标值绝对值均变大，整个模型变形较 测矿体及周围岩体位移.对重点部位矿柱和顶底柱 小，围岩稳定：对空区充填后，各测点数据不再发生 及围岩进行监测点布置，应力监测点共布置30个， 变化. 位移监测点共布置99个，监测点布置如图7 (2)围岩应力分析.围岩应力变化通过压力传 3.2.2开采方案及开挖过程 感器测得，其中1~10测点的围岩应力变化曲线如 根据工程实际情况以及相似时间比，模型开挖 图9所示（应力盒读数值）.分析如下：①-144m 过程设计为10步，每步用时1d.首先依次开挖 水平矿房开挖时，应力缓慢增大，到-156m水平矿 -144m、-156m水平1号、2号矿房，再充填 房开挖时，应力增大趋势明显，空区充填后趋于稳 -156m水平空区并回采矿柱，然后充填-156m水 定：-156m水平矿柱回采后，大部分测点应力再次 平矿柱及-144m水平空区，最后回采-144m水平 变大，但空区充填后，应力趋于稳定；②回采-144m第 7 期 谭玉叶等: 挂帮矿充填法开采对高陡边坡及采场围岩稳定性的影响 表 2 主要岩类力学参数 Table 2 Main mechanical properties of the rock 岩类 容重，γ /( kN·m － 3 ) 弹性模量，E /GPa 泊松比，μ 准岩体抗压强度，σmc /MPa 内聚力，C /MPa 铁矿体 40. 3 15. 23 0. 31 87. 11 0. 33 花岗岩 25. 5 17. 96 0. 27 99. 75 0. 48 矽卡岩 24. 7 13. 24 0. 23 62. 6 0. 24 闪长岩 27. 4 21. 44 0. 35 102. 94 0. 52 强度比 Cσ 为: Ce = Cσ = Cγ × Cl = 2. 1 × 100 = 210． 模型划分为矿体、围岩和充填体三部分，各模拟物理 力学参数如表 3． 表 3 模型物理力学参数 Table 3 Physical and Mechanical parameters of the model 实验模拟材料 γ /kN·m － 3 E /MPa μ σmc /kPa 铁矿石 19. 19 72. 52 0. 31 414. 81 花岗岩 12. 14 85. 52 0. 27 475. 00 矽卡岩 11. 76 63. 05 0. 23 298. 10 闪长岩 13. 05 102. 10 0. 35 490. 19 充填体 — — — 90. 00 大量的实验表明，影响相似材料力学性能的主 要因素是相似比、含水率、各材料自身力学性能和容 重等，结合实际岩石力学参数，选取不同的河沙、碳 酸钙和石膏的相似材料配比进行对比分析，得出较 为合理的相似材料配比如表 4． 表 4 模拟材料相似配比 Table 4 Compounding ratio of the simulating material 岩体 铁矿石 花岗岩 矽卡岩 闪长岩 充填体 配比 7∶ 3∶ 7 6∶ 4∶ 6 7∶ 6∶ 4 3∶ 6∶ 4 7∶ 7∶ 3 水量配比 1 /9 1 /9 1 /9 1 /7 1 /9 注: 水量配比数据为水量所占河沙、碳酸钙和石膏三者总重的 比例． 3. 2 实验分析 3. 2. 1 实验数据监测 实验从应变和位移两个方面对模型进行监测， 使用压力传感器测量围岩应力变化，采用全站仪监 测矿体及周围岩体位移． 对重点部位矿柱和顶底柱 及围岩进行监测点布置，应力监测点共布置 30 个， 位移监测点共布置 99 个，监测点布置如图 7． 3. 2. 2 开采方案及开挖过程 根据工程实际情况以及相似时间比，模型开挖 过程设计为 10 步，每步用时 1 d． 首先依次开挖 － 144 m、－ 156 m 水 平 1 号、2 号 矿 房，再 充 填 － 156 m水平空区并回采矿柱，然后充填 － 156 m 水 平矿柱及 － 144 m 水平空区，最后回采 － 144 m 水平 矿柱及顶底板并充填采区． 监测内容包括实时应力 和位移监测，开挖前后拍照等． 实验模拟过程如图 8 所示． 图 8 物理模拟实验过程 Fig． 8 Process of the physical experiment 3. 2. 3 数据整理分析 ( 1) 位移分析． 分别对 99 个监测点的 x、y 和 z 坐标值进行监测，可得 x 轴方向没有明显位移变化， y、z 轴坐标值随着实验的进行发生相应的变化，但 变化不大． 分析如下: ①随着矿房的开挖，靠近空区 及边坡岩体附近的测点 y 方向坐标值出现了均向边 坡的横向移动，z 方向坐标值发生竖向变形且均竖 向下沉，随着开挖的进行变形增大，但移动最大范围 在 0. 1 mm 内． ②采空区充填后，大部分监测点横向 位移及竖向位移均不再发生变化，但充填不能使已 有变形恢复至初始状态． ③矿柱及顶底板回采后， 测点的 y、z 坐标值绝对值均变大，整个模型变形较 小，围岩稳定; 对空区充填后，各测点数据不再发生 变化． ( 2) 围岩应力分析． 围岩应力变化通过压力传 感器测得，其中 1 ～ 10 测点的围岩应力变化曲线如 图 9 所示( 应力盒读数值) ． 分析如下: ① － 144 m 水平矿房开挖时，应力缓慢增大，到 － 156 m 水平矿 房开挖时，应力增大趋势明显，空区充填后趋于稳 定; － 156 m 水平矿柱回采后，大部分测点应力再次 变大，但空区充填后，应力趋于稳定; ②回采 － 144 m ·735·