岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (11): 3613-3620.doi: 10.16285/j.rsm.2020.0585

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高阶段胶结充填体全时序应力演化规律 及预测模型研究

魏晓明1, 2,郭利杰1, 2,周小龙3,李长洪3,张立新4   

  1. 1. 矿冶科技集团有限公司,北京 102628;2. 国家金属矿绿色开采国际联合研究中心,北京 102628; 3. 北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083;4. 安徽开发矿业有限公司,安徽 六安 237426
  • 收稿日期:2020-01-09 修回日期:2020-04-13 出版日期:2020-11-11 发布日期:2020-12-25
  • 通讯作者: 郭利杰,男,1980年生,博士,教授级高工,主要从事矿山充填技术与矿冶固废资源化利用方面的研究工作。E-mail:guolijie@bgrimm.com E-mail:weixiaoming@bgrimm.com
  • 作者简介:魏晓明,男,1989年生,博士,主要从事充填体力学监测与质量评价方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划(No. 2018YFE0123000,No. 2017YFE0107000);矿冶科技集团有限公司青年创新基金(No. 04-2027)

Full sequence stress evolution law and prediction model of high stage cemented backfill

WEI Xiao-ming1, 2, GUO Li-jie1, 2, ZHOU Xiao-long3, LI Chang-hong3, ZHANG Li-xin4   

  1. 1. BGRIMM Technology Group, Beijing 102628, China; 2. National Centre for International Research on Green Metal Mining, Beijing 102628, China; 3. School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 4. Anhui Development Mining Co. Ltd., Lu’an, Anhui 237426, China
  • Received:2020-01-09 Revised:2020-04-13 Online:2020-11-11 Published:2020-12-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key R&D Program of China (2018YFE0123000,2017YFE0107000) and the Youth Innovation Fund of BGRIMM (04-2027).

摘要:

目前金属矿山在高阶段采场胶结充填料浆流动沉积与充填体强度发展方面缺乏有效监测研究,导致采场充填体强度设计过于保守、充填成本过高。通过采用自主设计的应力监测系统,在4个分段水平进行预埋设,对采场胶结充填体在全时序(充填阶段、养护阶段、承载阶段)过程中进行实时应力监测,从而获得充填体内部三向应力的时空演化规律。研究结果表明:三向应力在充填阶段和承载阶段呈增加趋势,养护阶段趋于平稳。同时在4个分段水平中,竖向应力高于水平应力,充填阶段拱效应使51%~65%的自重应力转移成水平应力;承载阶段竖向应力与回采距离呈多项式分布规律。结合二步骤回采作业工序,揭示了胶结充填体拱效应与采动应力的运移机制。基于应力传递的双拱耦合作用,建立了高阶段采场胶结充填体的内部应力预测模型,进而可以精准确定充填体的所需强度。

关键词: 矿山充填, 胶结充填体, 应力监测, 双拱耦合, 预测模型

Abstract: Due to the lack of effective monitoring tools for the slurry flow and strength development of high stage cemented backfill in the metal mines, the conservative design of very high strength of in-situ backfill results in excessive filling costs. The self-designed stress monitoring system were buried horizontally at four sections to monitor the temporal and spatial evolution three-dimensional stresses during the full sequence period (filling, curing and bearing). The results indicated that the three-dimensional stresses increased during filling and bearing period but tended to stable during the curing period. Meanwhile, the vertical stress was higher than the horizontal stress at four sublevels. During the filling period, the 51%~65% of self-weight stress was transferred into horizontal stress by the arching effect. The vertical stress and mining distance show a polynomial relationship during the bearing stage. Combined with the second step mining operation process, the mechanism of arching effect and mining-induced stress-transfer was revealed. Based on the double-arch coupling effect of stress transfer, the internal stress prediction model of high stage cemented backfill in the stope was established, which can be used to accurately determine the required strength of backfill.

Key words: mine backfill, cemented backfill, stress monitoring, double arch coupling, prediction model

中图分类号: 

  • TD 853.343
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