王 磊 于 振

(1.秦皇岛市土地开发整理服务中心；2.中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司)

随着矿山开采活动的进行，地下存在大量采空区，这是目前矿山安全生产的主要危害源之一。地下采空区随着暴露时间的增加，稳定性也越来越差，不断诱发顶板冒落、地表移动或边坡滑坡等地质灾害[1-6]。地下采空区已经成为制约矿山发展的一个重要难题。为保证矿山安全正常生产，形成的采空区需及时有效处理。结合刘家沟铁矿工程地质条件，利用弹塑性理论及数值模拟手段对采空区稳定性进行分析研究，从而为安全有效地处理采空区提供有力的理论支持。

1 采空区现状

刘家沟铁矿刘存寨西沟采区内圈定了1#、2#、3#矿体，矿体呈似层状，赋存于黑云角闪斜长片麻岩中。1#矿体分布于东南侧，倾角为42°，一般厚4.3～14.36 m，平均厚8.5 m；2#、3#矿体倾角为46°，一般厚3.7～11.72 m，平均厚7.9 m。采用空场法开采，目前形成3处地下采空区，采空区参数见表1。

2 采空区稳定性理论分析

表1 采空区参数

由表1可知，Ⅲ#采空区规模较小，不对其进行理论计算分析，仅对Ⅰ#、Ⅱ#采空区进行理论分析计算。Ⅰ#、Ⅱ#采空区均为狭长型采空区，根据狭长型采空区顶板稳定性理论分析结果[7-8]可知，顶板处于弹塑性区的极限跨度计算公式分别为

(1)

(2)

式中，l1为弹性区极限跨度,m;Mt为弹性极限载荷，kN；q为采场顶板上覆荷载,kN；l2为塑性区极限跨度，m;Ms为塑性极限载荷,kN。

将刘家沟铁矿采空区参数及顶板岩石力学参数(表2)代入式(1)、式(2)，得到Ⅰ#、Ⅱ#采空区顶板处于弹性区的极限跨度为19.67 m，顶板出现塑性区的极限跨度为30.28 m。……