基于ANSYS和GeoStudio耦合的充填体底板稳定性分级.docx

基于ANSYS和GeoStudio耦合的充填体底板稳定性分级

林国洪

【摘要】CracksofdifferentwidthsanddepthsareobservedinthecementedbackfillroofinWushanCopperMineresultedfromgravitystressandblastingvibration.Thestabilityofbackfillisaffectedwhenthecracksreachapoint.ThispaperusesANSYSsoftwareandGeoStudio2007SIGMA/Wmoduletosimulatethestress-strainintherooffissurefillingbody.ThestabilityclassificationoffillingbodysbaseplateisstudiedbasedonANSYSandGeoStudiocoupling.Correspondingsuggestionsareputforwardaccordingtodifferentstabilitystatuses.%武山铜矿胶结充填体顶板在自重应力、爆破振动等作用下产生的不同宽度和深度的裂隙，当裂隙达到一定规模时将影响充填体的稳定性，文中采用ANSYS软件和GeoStudio2007的SIGMA/W模块来模拟含裂隙充填体顶板的应力应变情况，通过2个数值模拟软件的模拟结果的对比验证，研究含裂隙条件下的充填体稳定性，对充填体顶板在不同深度、宽度裂隙影响下的稳定性进行了分级并针对含裂隙顶板的不同稳定性状态提出了合理的支护建议。

【期刊名称】《有色金属科学与工程》

【年(卷),期】2014(000)003

【总页数】5页(P91-95)

【关键词】充填体;数值模拟;稳定性;裂隙

【作者】林国洪

【作者单位】江西铜业股份公司武山铜矿，江西瑞昌332204

【正文语种】中文

【中图分类】TD853.34

0引言

武山铜矿北矿带是该矿区的主要生产矿带，北矿带主要矿体赋存于断裂破碎带中，矿带矿体上盘围岩为铁质黏土、高岭土等强风化岩组；下盘围岩为泥盆系上统含砾石英砂岩，与北矿带矿体呈不整合接触，含砾石英砂岩节理发育，在节理密集地段，岩体分割成碎块状，呈碎裂结构.武山铜矿现采用下向进路式胶结充填法回采矿体，该方法采矿作业面顶板为胶结充填体，因此胶结充填体的稳定性对该采矿方法至关重要.胶结充填体顶板在自重应力、爆破振动等作用下经常产生不同深度和角度的裂隙，从而导致充填体整体强度下降，容易发生顶板冒落事故，在开采过程中存在安全隐患，给生产带来严重威胁.

裂隙对顶板稳定性的影响比较复杂，它涉及到裂隙宽度、深度等诸多方面，而武山铜矿采场中出现的裂隙主要以垂直裂隙为主，为了研究裂隙对采场顶板稳定性的危害程度，有必要通过数值模拟方法，对胶结充填体顶板稳定性影响进行分类，以便矿山技术人员掌握裂隙状态确定顶板是否需要支护[1-4].

1模拟软件介绍

采用GeoStudio2007的SIGMA/W模块和ANSYS软件来模拟采场中含裂隙顶板的应力应变情况，通过2个数值软件模拟结果的对比验证，分析含裂隙顶板稳定性情况.

GeoStudio2007的SIGMA/W模块是一款用来进行结构应力和变形分析的有限元软件，它可以分析简单和高度复杂的问题，可应用于岩土、土木和采矿工程的分析和设计[5].

ANSYS软件计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力[6-7].

2模拟准备

2.1模型的建立及尺寸

地下工程地质结构复杂，影响采场稳定的因素也很多，在保证计算结果可靠性的前提下做一些假设和简化：①模拟介质（岩体及充填体）为理想的弹塑性体；②忽略模拟介质变形的时间效应以及地下水对介质的影响；③进路的受力及变形是平面应变问题；④模拟岩体及充填体为均质的、各向同性的连续介质；⑤只考虑自重应力场对模型形成的影响.

模型的几何尺寸可根据计算目的及采矿工艺确定，工程实际中开采断面尺寸4m×3m（宽×高），且地下局部开挖仅对其周围3～5m范围内有扰动影响，因此设计进路上、下、左、右模拟介质的尺寸为进路尺寸的5倍.考虑进路长度远远大于进路的宽度及高度，因此可将本算例视为平面应变问题，通过分析最终确定计算模型几何尺寸44m×33m（宽×高），如图1、图2所示.

图1G