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1、*矿山充填机理的理论研究 现状及发展趋势北京科技大学土木与环境工程学院资源工程系 蔡嗣经*2提 要1. 引言2. 矿山充填机理的理论研究现状3. 北科大近年来的研究工作进展4. 发展趋势*31. 引言1)为什么需要充填？ n 安全？必须的采矿工艺环节？矿山充填机理研究*n 环保？尾砂地下堆放？n 其他？ 2)需要胶结充填吗，部分还是全部？n经济与安全的平衡n能否找到水泥替代品？ 3)胶结充填体的强度？*42. 矿山充填机理的理论研究现状(a)对卸载岩体的滑移趋势提供侧限压力；(b)支撑碎裂岩块；(c)抵抗采场围岩的闭合图.1 充填体支撑采场围岩的可能模式(Brady & Brown, 1985
2、)*52. 矿山充填机理的理论研究现状(a)应力压缩率包络线；(b)垂直应力水平应力包络线图.2 充填料三轴压缩试验(Blight & Clarke, 1983)*62. 矿山充填机理的理论研究现状图.3 岩芯在有无充填料包围条件下的应力应变曲线(Blight & Clarke, 1983)*72. 矿山充填机理的理论研究现状图.4 地下采矿方法围岩力学相应特性*82. 矿山充填机理的理论研究现状图.5 采场围岩荷载、变形与充填体相互作用分析WR采场围岩释放的能量；Wa采场支护系统所吸收的能量 ；WS采场围岩中存储的能量。*92. 矿山充填机理的理论研究现状图.6 采场围岩能量的平衡关系采场围
3、岩的稳定主要与围岩释放的能量WR有关，采场围岩中 的应力分布状态和应力集中程度主要与存储的能量WS有关。当采 场有支护时： WS=Vcs(1-s)/(2av)WR= Vcs2/(2av)*102. 矿山充填机理的理论研究现状图.7 充填法采场围岩能量的平衡关系当使用孔隙率较大的充填料支护采场围岩时，由于充填料的 压缩特性，采场围岩的能量平衡关系将如图所示：(a)胶结充填 ；(B)非胶结充填。 WS=av(Vc2-( Vc)2)/(2Vc) WR=av(Vc-Vc)2/(2Vc)*113. 北科大近年来的研究工作进展(1)大冶铁矿露天转地下充填法开采（宋卫东、杜建华等）图8. 大冶铁矿采用 充填
4、法开采的矿块 位置示意图*123. 北科大近年来的研究工作进展(1)大冶铁矿露天转地下充填法开采*133. 北科大近年来的研究工作进展(1)大冶铁矿露天转地下充填法开采*143. 北科大近年来的研究工作进展(1)大冶铁矿露天转地下充填法开采研究结论：经采用实验室相似模拟 试验和数值分析等方法研究充填体的作 用机理认为充填体将支撑上覆散体岩 层的部分重力。因此，按经验公式法及 经验类比法，确定胶结充填体的设计强 度为2.0MPa。*153. 北科大近年来的研究工作进展(2)港里铁矿河流下充填法开采（明世祥、樊忠华等）*163. 北科大近年来的研究工作进展(2)港里铁矿河流下充填法开采*173.
5、北科大近年来的研究工作进展(2)港里铁矿河流下充填法开采*183. 北科大近年来的研究工作进展(2)港里铁矿河流下充填法开采研究结论：预留点柱和不留点柱对地表位移 场、应力场变化敏感；充填体强度的改变，对地 表位移场、应力场变化不敏感，但充填体强度的提 高，减小了点柱的塑性分布范围，充填体对矿柱起 到了明显的支撑作用；采、充转换时间对地表位 移影响明显，说明了充填体对矿柱良好的支撑作用 。从控制地表位移考虑，采、充转换时间越短越利 于地表的保护。*193. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁矿南区水平厚大矿体充填法开采（高谦、周冬冬等）*203. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁
6、矿南区水平厚大矿体充填法开采图15.司家营铁矿南区号矿体阶段空场嗣后充填采矿法*213. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁矿南区水平厚大矿体充填法开采*223. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁矿南区水平厚大矿体充填法开采*233. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁矿南区水平厚大矿体充填法开采*243. 北科大近年来的研究工作进展(3)司家营铁矿南区水平厚大矿体充填法开采研究结论：采场在不同采深情况下围岩最大主应力场服从由上至下逐渐增大的基本规律，在充填后采场最大应力场有明显变小的趋势，且胶结充填体的支撑作用明显大于尾砂胶结充填体强度；充填后对最小主应力变化较小，尤其当
7、充填体为中等强度尾砂时最小主应力变化甚微；随着采深的增加，采场地表岩体出现的拉应力范围逐渐扩大，将使采场地表出现裂痕。 *254. 发展趋势1）深井开采高应力、高温、高渗流压力应力场与渗流场的耦合作用分析(例如，非深井富水矿山白象山铁矿机械化盘区上向分层连续倾斜进路尾砂充填法)*264. 发展趋势1）深井开采高应力、高温、高渗流压力应力场与热应力场的耦合作用分析岩体的热应力场对胶结充填体强度的影响*274. 发展趋势1）深井开采高应力、高温、高渗流压力应力场与热应力场的耦合作用分析充填体内胶结剂化学反应形成的热应力场*284. 发展趋势1）深井开采高应力、高温、高渗流压力应力场、热应力场与渗流场的多场耦合作用分析*294. 发展趋势2）复杂性科学的应用（1）深部矿床开采与充填是一个复杂大系统：矿岩材料、充填材料及其力学机理的非线性；深部开采环境的复杂性。（2）复杂性科学的理论与方法复杂系统的模型和数值模拟*304. 发展趋势2）复杂性科学的应用（3）深部矿床开采中充填体的防灾减灾机理研究自组织映射神经网络(SOM-BP)方法谢谢各位！
