赵 奎 王万银 曾 鹏 龚 囱 梁 楠 李文辉

(1.江西理工大学资源与环境工程学院,江西 赣州 341000;2.江西省矿业工程重点实验室,江西 赣州 341000)

下向水平分层胶结充填采矿法自20世纪60年代引入至中国,在高效回采、绿色矿山的大背景下,快速发展并广泛应用在我国的金属、非金属矿山[1-2]。下向水平分层胶结充填采矿法自上而下回采矿体,采场回采进路上方的直接顶板为胶结充填体,胶结充填体顶板的稳定性是矿山安全回采的前提。为控制开采成本,通常胶结充填体顶板是由低灰砂比的充填体(接顶层)与高灰砂比的充填体(承载层)上、下布置组成[3]。其中,上部充填体(接顶层)强度低、力学性能差,难以发挥承载作用;而下部充填体(承载层)强度高、力学性能好,起主要承载作用[4]。然而,高灰砂比充填成本普遍高于低灰砂比充填。若承载层厚度设计太厚,将导致矿山开采成本增大;厚度太薄,则难以保障下分层回采作业的安全。因此,设计合理的承载层安全厚度对于采用下向水平分层胶结充填采矿法的矿山具有非常重要的现实意义。

目前,学者们对胶结充填体顶板承载层安全厚度的合理留设往往从梁、板力学模型出发结合可靠度理论或安全系数法进行分析[5-7]。该类方法在对承载层厚度的计算过程大都是半定量分析,难以真实反映顶板的力学状态及损伤情况,因此计算结果与工程实际存在较大偏差[8]。研究表明[9],当采场承载层厚度小于临界厚度时,充填体顶板发生突变失稳,其实质是充填体顶板位移从连续渐近变化至非线性跃变的变形过程。……