.1494 北京科技大学学报 第31卷 于这些围岩中的井巷或硐室在应力集中区有发生岩 程度、范围，选取计算区宽度为1.5km(北至西区风 爆可能.类似地，受F8断层影响的深部矿岩在进行 井，南至石粒山一带)，深度的选取考虑到了两方 开拓、采准和回采时也可能有岩爆倾向，从RQD指 面：一方面是在不影响计算结果的基础上考虑模型 标来看，只有在RQD值不小于60%的情况下岩体 的尺寸协调关系，故取深度到海拔一1000m处；另 才具岩爆倾向可.据表1可知，程潮铁矿深部矿岩 一方面是在分析计算结果时，只考虑模型中一430~ 的RQD值为40%~65%，如果深部(-500m以下) 一800m部分的计算结果.在建立模型过程中，主要 矿岩的RQD值保持不变，表明有发生较大岩爆的 考虑了整个矿区的岩性主要为闪长岩、矽卡岩和花 可能 岗岩，同时也考虑到矿区的主要活动构造即F8断 3矿区构造应力环境分析 层和程潮南断层，属于压扭性逆断层，断层上盘主要 为闪长岩，断层下盘主要为矽卡岩.由于程潮铁矿 矿区具体地应力分布规律如下， 采用无底柱分段崩落法采矿，建模时也考虑了上覆 (1)由原岩应力中的次主应力2非常接近于 岩层塌陷带的影响，近似地考虑一150~一430m为 由自重引起的垂直应力分量6z:一360m中段，o2= 塌陷带，一430m上盘错动角为55°，下盘错动角为 11.2MPa;-430m中段，o2=12.7MPa. 65°.根据以上地形图、工程地质图和相关资料，用 (2)最大主应力为水平方向，与次主应力2 关键点建立几何模型，如图2所示， 的比值，具有随深度增加而测压系数逐渐减小的统 计规律：一270m中段，o1=2.75Yh;一360m中段， o1=1.94Yh;-430m中段，o1=1.27h. 塌陷带 (3)最小主应力3，其作用方向基本上垂直矿矿 体走向，3与次主应力比值，在程潮铁矿东西矿区 不同深度测得结果表现为比值相近略有波动趋势： -270m中段，3=0.46Yh;-360m中段，3= 0.366h:-430m中段，3=0.44h. 图2有限元几何模型 Fig.2 Finite element geometric model 由以上浅部岩层的地应力分布规律及北京科技 大学等单位所测地应力数据，通过类比分析可以近 4.2有限元模型网格的划分 似推断出一430m中段最大主应力平均值约为 在遵循上述有限元网格划分的基础上，利用有 19MPa,随着开采深度的不断增加，一500m水平最 限元通用软件ANSYS,采用四面体(solid92)10节 大主应力的数值可能增大到21MPa,而一500~ 点单元类型，分别对各体元自动划分有限元网格，整 一800m水平矿岩单轴抗压强度大多位于110~ 个网格划分出单元208001个，节点285005个，如 180MPa,因此o/o1值也很可能小于7，根据我国 图3所示. 《GB50218一94工程岩体分级标准》，利用岩石单轴 抗压强度和最大主应力的比值（岩石强度应力比）来 划分地应力的级别，该地区属于高地应力区，受采矿 活动影响，该区段地压活动势必会增强，岩爆发生可 能性也增加 4三维有限元分析 4.1三维有限元几何模型的建立 图3有限元网格划分 矿区地质资料主要是以所收集的1：5000勘探 Fig-3 Finite element mesh generation 线地质剖面图，1：5000程潮铁矿区环境现状图和 1:1000可区一430~一640m水平地质断面图为主， 4.3岩体物理力学参数的选取 有限元模型尽可能做到与实际地质情况吻合，由于 在有限元计算过程中，物理模型的建立主要依 计算速度和计算精度的关系，在选取计算模型时只 赖于岩体的结构特征与岩体的物理力学参数，矿区 选取了东至矿房产科，西到细王冲，共3km的范围. 地应力场计算物理模型主要考虑了大理岩、塌陷带、 另外考虑矿区围岩应力分布情况及地质构造的影响 闪长岩、矽卡岩、花岗岩和磁铁矿，计算中所用的力于这些围岩中的井巷或硐室在应力集中区有发生岩 爆可能．类似地‚受 F8 断层影响的深部矿岩在进行 开拓、采准和回采时也可能有岩爆倾向．从 RQD 指 标来看‚只有在 RQD 值不小于60％的情况下岩体 才具岩爆倾向［5］．据表1可知‚程潮铁矿深部矿岩 的 RQD 值为40％～65％‚如果深部（－500m 以下） 矿岩的 RQD 值保持不变‚表明有发生较大岩爆的 可能． 3 矿区构造应力环境分析 矿区具体地应力分布规律如下． （1） 由原岩应力中的次主应力 σ2 非常接近于 由自重引起的垂直应力分量 σZ：－360m 中段‚σ2＝ 11∙2MPa；－430m 中段‚σ2＝12∙7MPa． （2） 最大主应力 σ1 为水平方向‚与次主应力 σ2 的比值‚具有随深度增加而测压系数逐渐减小的统 计规律：－270m 中段‚σ1＝2∙75γh；－360m 中段‚ σ1＝1∙94γh；－430m 中段‚σ1＝1∙27γh． （3） 最小主应力 σ3‚其作用方向基本上垂直矿 体走向．σ3 与次主应力比值‚在程潮铁矿东西矿区 不同深度测得结果表现为比值相近略有波动趋势： －270m 中段‚σ3＝0∙46γh；－360m 中段‚σ3＝ 0∙366γh；－430m 中段‚σ3＝0∙44γh． 由以上浅部岩层的地应力分布规律及北京科技 大学等单位所测地应力数据‚通过类比分析可以近 似推断出 －430m 中段最大主应力平均值约为 19MPa‚随着开采深度的不断增加‚－500m 水平最 大主应力的数值可能增大到21MPa‚而－500～ －800m水平矿岩单轴抗压强度大多位于110～ 180MPa‚因此 σc／σ1 值也很可能小于7．根据我国 《GB50218－94工程岩体分级标准》‚利用岩石单轴 抗压强度和最大主应力的比值（岩石强度应力比）来 划分地应力的级别‚该地区属于高地应力区‚受采矿 活动影响‚该区段地压活动势必会增强‚岩爆发生可 能性也增加． 4 三维有限元分析 4∙1 三维有限元几何模型的建立 矿区地质资料主要是以所收集的1∶5000勘探 线地质剖面图‚1∶5000程潮铁矿区环境现状图和 1∶1000矿区－430～－640m 水平地质断面图为主． 有限元模型尽可能做到与实际地质情况吻合．由于 计算速度和计算精度的关系‚在选取计算模型时只 选取了东至矿房产科‚西到细王冲‚共3km 的范围． 另外考虑矿区围岩应力分布情况及地质构造的影响 程度、范围‚选取计算区宽度为1∙5km（北至西区风 井‚南至石粒山一带）．深度的选取考虑到了两方 面：一方面是在不影响计算结果的基础上考虑模型 的尺寸协调关系‚故取深度到海拔－1000m 处；另 一方面是在分析计算结果时‚只考虑模型中－430～ －800m 部分的计算结果．在建立模型过程中‚主要 考虑了整个矿区的岩性主要为闪长岩、矽卡岩和花 岗岩‚同时也考虑到矿区的主要活动构造即 F8断 层和程潮南断层‚属于压扭性逆断层‚断层上盘主要 为闪长岩‚断层下盘主要为矽卡岩．由于程潮铁矿 采用无底柱分段崩落法采矿‚建模时也考虑了上覆 岩层塌陷带的影响‚近似地考虑－150～－430m 为 塌陷带‚－430m 上盘错动角为55°‚下盘错动角为 65°．根据以上地形图、工程地质图和相关资料‚用 关键点建立几何模型‚如图2所示． 图2 有限元几何模型 Fig．2 Finite element geometric model 4∙2 有限元模型网格的划分 在遵循上述有限元网格划分的基础上‚利用有 限元通用软件 ANSYS‚采用四面体（solid92）10节 点单元类型‚分别对各体元自动划分有限元网格‚整 个网格划分出单元208001个‚节点285005个．如 图3所示． 图3 有限元网格划分 Fig．3 Finite element mesh generation 4∙3 岩体物理力学参数的选取 在有限元计算过程中‚物理模型的建立主要依 赖于岩体的结构特征与岩体的物理力学参数．矿区 地应力场计算物理模型主要考虑了大理岩、塌陷带、 闪长岩、矽卡岩、花岗岩和磁铁矿．计算中所用的力 ·1494· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷