ＳｅＳｐｅｔｒｅｉｍｅｓｂｅＮｒｏꢀ ４２３０５１２ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０总１２第年 ４第３５９期期 ＭＥＴＡＬ ＭＩＮＥ ꢀ 红透山铜矿采场矿柱破裂过程的数值模拟 ꢀ 赵 兴 东 ꢀ 李 元 辉 ꢀ 刘 建 坡 （ 东 北 大 学 资 源 与 土 木 工 程 学 院 ） 摘 ꢀ 要 ꢀ 基 于 对 红 透 山 铜 矿 采 场 矿 柱 破 坏 形 式 的 现 场 调 研 ， 发 现 高 应 力 下 矿 柱 破 坏 形 式 主 要 为 剥 落 、 劈 裂 破 坏 、 剪 切 破 坏 ３ 种 形 式 。 为 研 究 其 采 场 矿 柱 破 坏 的 力 学 机 制 ， 依 据 红 透 山 矿 采 场 的 实 际 情 况 及 矿 岩 分 布 模 式 ， 将 红 透 山 矿 矿 柱 分 为 ３ 种 矿 岩 组 合 模 型 。 以 此 为 基 础 ， 应 用 基 于 有 限 元 的 数 值 分 析 方 法 ， 对 ３ 种 矿 岩 组 合 矿 柱 模 型 的 破 裂 模 式 进 行 了 模 拟 分 析 。 数 值 计 算 结 果 表 明 ： Ｉ 型 矿 柱 均 为 矿 石 ， 其 破 坏 形 式 为 Ｘ 型 剪 切 破 坏 ； ＩＩ 型 矿 柱 为 矿 岩 组 合 ， 其 破 坏 形 式 主 要 为 矿 柱 上 部 围 岩 发 生 破 坏 ， 而 在 矿 柱 下 部 矿 体 仅 仅 产 生 一 些 裂 纹 ； Ⅲ型 矿 柱 为 上 下 围 岩 中 间 夹 矿 ， 裂 纹 先 在 上 下 ２ 层 围 岩 中 产 生 ， 继 而 向 中 间 矿 石 扩 展 ， 直 至 最 后 裂 纹 贯 通 ， 矿 柱 失 稳 。 该 数 值 分 析 结 果 可 为 类 似 矿 山 矿 柱 的 设 计 提 供 一 定 的 参 考 依 据 。 关 键 词 ꢀ 矿 柱 ꢀ 数 值 分 析 ꢀ 采 场 ꢀ 破 裂 过 程 Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｐｉｌｌａｒ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｓｔｏｐｅ ｉｎ Ｈｏｎｇｔｏｕｓｈａｎ Ｃｏｐｐｅｒ Ｍｉｎｅ Ｚｈａｏ Ｘｉｎｇｄｏｎｇꢀ Ｌｉ Ｙｕａｎｈｕｉꢀ Ｌｉｕ Ｊｉａｎｐｏ （ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ＆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ） Ａｂｓｔｒａｃｔꢀ Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｔｈｅ ｏｎｓｉｔｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｏｐｅ ｏｆ Ｈｏｎｇｔｏｕｓｈａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｔｈｒｅｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｕｎｄｅｒ ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｓｓ， ｌｉｋｅ ｓｐａｌｌｉｎｇ， ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｆａｉｌｕｒｅ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ， ３ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｏｒｅａｎｄｒｏｃｋ ｗｅｒｅ ｓｅｔｕｐ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｏｎｔｈｅｓｐｏｔ ｉｎｖｅｓ WWW.KY114.CN ｔｉｇａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｏｎｇｔｏｕｓｈａｎ ｃｏｐｐｅｒ ｍｉｎｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅｓｅ， ａ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ３ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｍｏｄｅｌ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ， ｆｏｒ Ｐｉｌｌａｒ Ｉ （ ｃｏｐｐｅｒ ｏｒｅ） ， ｉｔｓ ｆａｉｌ ｕｒｅ ｉｓ ＇Ｘ ｓｈａｐｅ＇ ｓｈｅａｒ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅ； ｆｏｒ Ｐｉｌｌａｒ ＩＩ （ ｕｐｐｅｒ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ ｉｓ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｉｔｓ ｂｏｔｔｏｍ ｉｓ ｏｒｅ） ， ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｒｏｃｋ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ ａｎｄ ｏｎｌｙ ｓｏｍｅ ｃｒａｃｋｓ ａｐｐｅａｒ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ； ｆｏｒ Ｐｉｌｌａｒ ＩＩＩ （ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ ｉｓ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｅｎｔｒａｌ ｐａｒｔ ｉｓ ｏｒｅ） ， ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｃｒｅａｋ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ａｎｄ ｂｏｔｔｏｍ ｏｆ ｐｉｌｌａｒ， ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｃｒｅａｋ ｐｒｏｐａｇａｔｅｓ ｔｏｗａｒｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａｌ ｏｒｅ ｕｎｔｉｌ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ Ｔｈｉｓ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｓｏｍｅ ｂａｓｉｓ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｉｌｌａｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｍｉｎｅｓ Ｋｅｙｗｏｒｄｓꢀ Ｐｉｌｌａｒ， Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ， Ｓｔｏｐｅ， Ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ꢀ ꢀ 在 地 下 金 属 矿 山 采 矿 过 程 中 ， 空 场 法 （ 包 括 空 多 年 来 ， 对 于 矿 柱 稳 定 性 研 究 一 直 是 采 矿 工 程 师 及 岩 体 力 学 研 究 者 研 究 的 核 心 问 题 之 一 。 由 于 矿 柱 所 起 的 关 键 作 用 ， 其 破 坏 模 式 、 破 坏 机 理 及 其 稳 定 可 靠 性 是 研 究 的 核 心 内 容 ， 所 采 取 的 主 要 研 究 方 法 主 要 为 现 场 观 察 ２３］ 、 理 论 计 算 ［ ４］ 、 相 似 材 料 模 场 嗣 后 充 填 法 ） 是 回 采 稳 固 矿 体 常 用 的 采 矿 方 法 之 一 ， 该 法 主 要 依 靠 围 岩 自 身 的 稳 固 性 和 采 场 矿 柱 来 管 理 采 场 地 压 。 对 于 厚 大 矿 体 开 采 而 言 ， 采 用 上 向 水 平 分 层 充 填 采 矿 方 法 回 采 时 ， 引 起 采 场 应 力 的 重 新 分 布 而 使 矿 柱 产 生 应 力 集 中 及 变 形 破 坏 。 矿 柱 是 决 定 采 场 稳 定 状 态 的 重 要 结 构 单 元 １］ ， 它 对 采 空 区 起 支 撑 作 用 ， 不 但 可 以 维 持 采 场 顶 板 及 围 岩 的 稳 定 ， 确 保 矿 山 企 业 的 安 全 生 产 ， 而 且 稳 定 的 矿 柱 对 矿 石 回 采 率 的 提 高 有 极 大 的 作 用 。 因 此 ， 采 场 矿 柱 的 稳 定 性 问 题 一 直 是 能 否 保 证 整 个 采 场 安 全 高 效 回 采 的 关 键 问 题 。 ［ 拟 ［ ５６］ 以 及 数 值 分 析 ［ ７１０］ 等 ， 这 些 研 究 已 经 取 得 许 多 进 展 。 例 如 ： Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ 和 Ｈｅｄｌｅｙ ２］ 现 场 观 察 了 Ｄｅｎｉ ［ ［ ｓｏｎ 矿 矿 柱 的 破 坏 形 式 ， 并 对 矿 柱 的 破 坏 过 程 进 行  国 家 自 然 科 学 基 金 青 年 基 金 项 目 （ 编 号 ： ５１００４０２５） ， 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 编 号 ： ５１１７４０４４） ， “ 十 二 五 ” 国 家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 （ ８６３ 计 划 ） 项 目 （ 编 号 ： ２０１１ＡＡ０４０６０７） 。 赵 兴 东 （ １９７５— ） ， 男 ， 副 教 授 ， １１０００４ 辽 宁 省 沈 阳 市 。 · ５· 总 第 ４３５ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ９ 期 了 定 性 分 析 。 Ｌｕｎｄｅｒ ３］ 通 过 观 察 １７８ 个 硬 岩 矿 柱 破 坏 ， 总 结 出 当 矿 柱 的 高 宽 比 小 于 ２ ５ 时 ， 几 乎 所 有 的 矿 柱 将 发 生 破 坏 ， 其 主 要 破 坏 模 式 为 岩 体 逐 层 剥 落 ， 最 终 导 致 呈 “ 沙 漏 型 ” 破 坏 。 姚 高 辉 等 ４］ 采 用 岩 体 分 级 方 法 （ ＲＭＲ 法 ） 、 Ｑ 系 统 和 地 质 强 度 指 标 ［ ６０％ ， 充 填 体 中 水 泥 添 加 量 ２５０ ～ ３００ ｋｇ ／ ｍ３ （ 灰 砂 比 １∶ ５ ～ １∶ ７） ， 充 填 强 度 为 ４ ＭＰａ。 矿 石 回 采 之 后 ， 采 场 应 力 重 新 分 布 ， 其 原 岩 应 力 由 自 重 应 力 转 变 为 受 水 平 构 造 应 力 控 制 ， 致 使 采 场 矿 柱 经 常 发 生 破 坏 ， 其 主 要 破 坏 形 式 为 剥 落 、 劈 裂 及 “ Ｘ 型 ” 剪 切 破 坏 。 为 有 效 设 计 矿 柱 ， 首 先 对 现 场 矿 柱 的 岩 体 结 构 组 成 进 行 现 场 调 查 ， 其 矿 柱 的 岩 性 组 成 分 为 ３ 种 情 况 ， 即 ： Ⅰ型 ， 单 一 矿 石 ； Ⅱ型 ， 矿 岩 相 交 ； Ⅲ型 ， 围 岩 中 间 夹 矿 。 ［ （ ＧＳＩ） ， 以 及 推 导 扩 展 后 的 Ｈｏｅｋ － Ｂｒｏｗｎ 节 理 强 度 准 则 进 行 矿 柱 岩 体 力 学 参 数 确 定 ， 确 定 了 矿 柱 强 度 设 计 参 数 。 Ｄｕｒｒｈｅｉｍ 等 ５６］ 通 过 应 用 声 发 射 及 高 速 摄 影 监 测 矿 柱 模 拟 破 裂 过 程 ， 并 应 用 数 值 模 拟 方 法 分 析 出 矿 柱 破 裂 形 式 主 要 为 矿 柱 岩 层 的 逐 步 剥 落 过 程 。 叶 海 旺 等 ７］ 选 取 矿 房 跨 度 与 矿 柱 尺 寸 相 等 房 柱 形 式 ， 考 虑 采 场 结 构 对 称 形 式 ， 应 用 ＦＬＡＣ Ｄ 分 析 了 采 场 结 构 参 数 对 房 柱 法 采 场 稳 定 性 的 影 响 。 唐 春 安 等 ８］ 通 过 考 虑 岩 石 的 非 均 匀 性 ， 应 用 ＲＦＰＡ 数 值 方 法 再 现 了 矿 柱 从 变 形 到 破 坏 的 全 过 程 及 其 声 发 射 规 律 ， 指 出 劈 裂 是 矿 柱 破 坏 的 主 要 形 式 。 Ｗａｎｇ ［ ２ꢀ 数 值 模 型 ［ ２ １ꢀ ＲＦＰＡ 简 介 ３ ＲＦＰＡ 系 统 ［ １１１５］ 是 一 个 以 弹 性 力 学 为 应 力 分 析 工 具 、 以 弹 性 损 伤 理 论 及 其 修 正 后 Ｃｏｕｌｏｍｂ 破 坏 准 则 为 介 质 变 形 和 破 坏 分 析 模 块 的 岩 石 破 裂 过 程 分 析 系 统 ， 是 一 个 能 模 拟 岩 石 介 质 逐 渐 破 坏 过 程 的 数 值 模 拟 工 具 ， 分 析 过 程 包 括 应 力 分 析 和 渐 进 破 坏 分 析 。 引 入 基 元 力 学 参 数 （ 弹 模 、 强 度 等 ） Ｗｅｉｂｕｌｌ 分 ２Ｄ ［ ［ ９１０］ ２Ｄ 等 应 用 ＲＦＰＡ 分 析 了 不 同 强 度 平 行 矿 柱 的 破 ［ １２］ 裂 全 过 程 及 声 发 射 活 动 特 性 ， 发 现 尽 管 每 个 矿 柱 破 坏 位 置 不 同 ， 但 其 主 要 破 坏 模 型 为 剪 切 破 坏 。 为 了 分 析 红 透 山 铜 矿 采 场 矿 柱 的 破 坏 模 式 ， 本 研 究 在 现 场 调 查 红 透 山 矿 采 场 矿 柱 岩 层 组 合 基 础 上 ， 建 立 了 ３ 种 矿 柱 力 学 模 型 ， 应 用 基 于 有 限 元 方 法 的 岩 石 破 裂 过 程 分 析 系 统 （ ＲＦＰＡ） 对 其 采 场 矿 柱 的 破 裂 模 式 进 行 数 值 模 拟 研 究 ， 为 红 透 山 矿 采 场 矿 柱 设 计 提 供 依 据 。 布 的 统 计 规 律 Ф （ ｍ， β） ， 其 中 参 数 ｍ 为 形 状 参 ｃ 数 ， β 为 反 映 岩 石 材 料 平 均 性 质 的 参 数 ， 借 以 反 映 岩 石 材 料 的 非 均 匀 性 。 组 成 材 料 的 各 个 细 观 单 元 的 力 学 性 质 包 括 弹 性 模 量 、 抗 压 强 度 、 抗 拉 强 度 及 泊 松 比 WWW.KY114.CN 等 。 假 定 满 足 某 个 弹 性 损 伤 的 本 构 关 系 ， 同 时 ， 最 大 拉 应 力 （ 或 者 拉 应 变 ） 准 则 和 摩 尔 － 库 仑 准 则 分 别 作 为 该 损 伤 本 构 关 系 的 损 伤 阈 值 ， 即 单 元 的 应 力 或 者 应 变 状 态 达 到 最 大 拉 应 力 （ 或 拉 应 变 ） 准 则 和 摩 尔 － 库 仑 准 则 时 ， 认 为 单 元 开 始 发 生 拉 和 剪 的 初 始 损 伤 。 在 准 静 态 加 载 过 程 中 ， 借 助 于 有 限 元 进 行 应 力 分 析 ， 可 以 得 到 整 个 分 析 对 象 的 应 力 和 应 变 分 布 。 ２ ２ꢀ 数 值 模 型 建 立 １ ꢀ 红 透 山 矿 开 采 技 术 条 件 红 透 山 矿 是 中 国 开 采 深 度 最 深 的 金 属 矿 山 之 一 ， 属 铜 铁 矿 型 脉 状 铜 锌 矿 床 。 矿 床 由 ８ 条 矿 脉 所 构 成 。 其 中 １ 号 矿 脉 最 大 ， 走 向 长 ５００ 余 ｍ， 延 伸 １ ０００余 ｍ。 其 矿 体 水 平 厚 度 较 大 ， 平 均 ３０ ～ ４０ ｍ， 计 算 模 型 采 用 ３ 种 不 同 的 上 下 顶 、 底 板 的 平 面 应 变 矿 柱 模 型 ， 如 图 １。 根 据 现 场 矿 柱 岩 体 节 理 裂 隙 较 为 发 育 ， 其 矿 柱 的 均 质 度 设 为 ３， 而 矿 柱 的 受 力 模 式 类 似 于 大 尺 度 岩 石 试 样 单 轴 压 缩 模 式 ， 在 数 值 分 析 中 可 将 顶 底 板 视 为 加 载 钢 板 ， 故 其 顶 底 板 的 均 质 度 设 为 １ ０００， 因 此 在 刚 度 和 强 度 上 也 做 特 殊 处 理 ， 单 元 划 分 为 ２００ × ２４０ ＝ ４８ ０００个 单 元 。 模 拟 过 程 采 用 位 移 加 载 的 方 式 ， 共 计 加 载 ６０ 步 ， 每 步 加 载 ０ ００５ ｍｍ。 材 料 的 计 算 参 数 如 表 １ 所 示 。 厚 者 超 过 １００ ｍ； 走 向 为 东 西 ， 倾 向 北 北 东 ， 倾 角 ４５° ７０°； 矿 石 中 主 要 有 用 矿 物 为 黄 铁 矿 、 磁 黄 铁 矿 等 、 ～ 黄 铜 矿 ， 铜 品 位 为 １ ８０４％ 。 围 岩 为 黑 云 斜 长 片 麻 岩 和 角 闪 斜 长 片 麻 岩 ， 普 氏 硬 度 系 数 ｆ ＝ １２ ～ １４。 矿 岩 皆 稳 固 ， 节 理 不 发 育 ， 界 限 比 较 明 显 ， 水 文 地 质 情 况 简 单 ， 裂 隙 水 不 发 育 。 其 采 矿 方 法 主 要 为 浅 孔 留 矿 法 、 二 步 矿 房 法 、 上 向 水 平 分 层 充 填 采 矿 方 法 等 。 对 于 上 向 水 平 分 层 充 填 采 矿 法 而 言 ， 其 阶 段 高 度 ６０ ｍ， 底 柱 高 ６ ｍ， 分 层 回 采 高 度 ３ ｍ， 采 场 水 平 面 积 ３ ꢀ 数 值 计 算 结 果 及 分 析 ２ １ ０００ ～ １ ８００ ｍ ， 矿 柱 ４ ～ ８ ｍ， 一 般 考 虑 布 置 在 岩 ３ １ꢀ 计 算 模 型 Ｉ 的 数 值 结 果 分 析 脉 或 贫 矿 段 。 采 用 尾 砂 胶 结 充 填 ， 充 填 浓 度 为 计 算 模 型 Ｉ 为 全 矿 石 矿 柱 。 由 图 ２ 可 以 看 出 ， · ６· ꢀ ꢀ ꢀ 赵 兴 东 等 ： 红 透 山 铜 矿 采 场 矿 柱 破 裂 过 程 的 数 值 模 拟 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ９ 期 图 １ꢀ 数 值 模 拟 计 算 模 型 表 １ꢀ 材 料 物 理 力 学 参 数 在 矿 柱 与 顶 板 接 触 处 应 力 集 中 显 著 ， 在 矿 柱 右 上 角 的 位 置 率 先 达 到 其 强 度 ， 破 裂 首 先 发 生 ， 形 成 的 剪 切 裂 纹 不 断 向 矿 柱 内 部 扩 展 。 当 应 变 值 为 ０ ５４％ （ 图 ３（ 第 ２９ － １２ 步 ） ） ， 在 矿 柱 的 左 下 方 形 成 新 的 剪 切 裂 纹 ， 最 终 与 右 上 角 的 裂 纹 贯 通 。 而 后 随 着 加 载 的 进 行 ， 又 产 生 次 级 裂 纹 （ 第 ４６ － ２３ 步 ） ， 最 终 矿 柱 形 成 Ｘ 形 的 宏 观 剪 切 断 裂 面 ， 矿 柱 破 坏 失 稳 。 弹 性 模 量 单 轴 抗 压 内 摩 擦 角 材 ꢀ 料 均 质 度 泊 松 比 ／ ＧＰａ 强 度 ／ ＭＰａ ／ （ °） 矿 ꢀ 围 ꢀ 石 岩 ３ ３ ７２ ７ ５５ ５ ３００ ０ ２９ ０ ２０ ０ ２５ ８０ ６５ ５０ ８ ４８ ７ ２５ 顶 底 板 １ ０００ １ ０００ 在 压 应 力 作 用 下 ， 矿 柱 内 形 成 局 部 损 伤 拉 应 力 集 中 ， 引 起 矿 柱 内 局 部 微 破 裂 ， 并 伴 随 着 少 量 声 发 射 （ ＡＥ） 产 生 。 随 着 压 应 力 的 增 大 ， 应 力 在 Ｂ 点 达 到 最 大 值 后 ， 矿 柱 发 生 了 ２ 次 大 的 岩 爆 ， 如 应 力 － 应 变 曲 线 上 的 ＢＣ 段 和 ＣＤ 段 所 示 的 ２ 次 大 的 应 力 降 。 矿 柱 发 生 ２ 次 大 的 岩 爆 后 ， 由 于 释 放 出 大 量 的 弹 性 能 ， 应 力 变 化 趋 于 稳 定 ， 但 仍 有 少 量 的 声 发 射 产 生 。 从 应 力 － 应 变 曲 线 可 以 看 出 ， 矿 柱 虽 已 发 生 了 破 坏 ， 仍 有 一 WWW.KY1图1２ꢀ 计4算 模.型 ＩC的 应 力 N－ 应 变 曲 线 和 声 发 射 图 定 的 承 载 能 力 ， 即 残 余 强 度 。 由 剪 应 力 图 ３ 可 以 看 出 ， 随 着 加 载 的 进 行 ， 由 于 图 ３ꢀ 计 算 模 型 Ｉ 的 矿 柱 破 坏 剪 应 力 ３  ２ꢀ 计 算 模 型 Ⅱ的 数 值 结 果 分 析 计 算 模 型 Ⅱ为 上 层 围 岩 ， 下 层 矿 石 的 矿 柱 。 由 图 ４ 可 以 看 出 ， 由 于 围 岩 的 抗 压 强 度 低 于 矿 石 的 抗 压 强 度 ， 故 其 岩 爆 破 坏 主 要 发 生 在 上 层 围 岩 。 在 这 种 工 况 下 ， 出 现 了 显 著 的 岩 爆 前 兆 信 息 （ ＢＣ 段 ） ， 在 大 的 破 坏 发 生 前 ， 有 １ 次 小 的 能 量 释 放 ， 伴 随 着 ＢＣ 间 的 １ 次 应 力 降 。 由 于 围 岩 较 软 ， 强 度 低 ， 在 发 生 ２ 次 大 的 声 发 射 之 后 ， 矿 柱 破 坏 失 稳 ， 承 载 力 下 降 。 但 破 坏 时 的 应 力 峰 值 比 第 Ｉ 种 模 型 低 了 ５０％ ， 即 矿 柱 的 承 载 力 下 降 了 ５０％ 。 图 ４ꢀ 计 算 模 型 Ⅱ的 应 力 － 应 变 曲 线 和 声 发 射 图 ꢀ ꢀ 由 图 ５ 可 以 看 出 ， 破 坏 主 要 在 强 度 较 低 的 矿 柱 围 岩 中 发 生 。 破 裂 首 先 在 右 上 角 矿 柱 与 顶 板 接 触 的 · ７· 总 第 ４３５ 期 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 金 ꢀ ꢀ 属 ꢀ ꢀ 矿 ꢀ ꢀ 山 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ２０１２ 年 第 ９ 期 围 岩 中 产 生 ， 整 个 破 裂 的 发 展 过 程 与 单 一 矿 石 矿 柱 时 相 似 ， 但 都 集 中 在 矿 柱 围 岩 中 ， 矿 柱 下 半 部 分 的 矿 石 基 本 没 有 受 到 影 响 ， 只 产 生 一 些 局 部 裂 纹 ， 整 个 矿 柱 就 发 生 了 破 坏 失 稳 ， 积 聚 的 能 量 被 释 放 。 图 ５ꢀ 计 算 模 型 Ⅱ的 矿 柱 破 坏 剪 应 力 ３  ３ꢀ 计 算 模 型 Ⅲ的 数 值 结 果 分 析 计 算 模 型 Ⅲ为 上 下 ２ 层 围 岩 ， 中 间 矿 石 的 矿 柱 。 这 种 条 件 下 ， 破 坏 主 要 集 中 在 峰 值 后 ， 前 兆 信 息 不 明 显 ， 破 坏 失 稳 短 时 间 完 成 （ 图 ６） 。 由 图 ７ 可 以 看 出 ， 破 裂 首 先 在 矿 柱 两 头 的 围 岩 中 产 生 ， 在 下 端 两 侧 及 上 端 的 中 间 部 位 。 随 着 加 载 的 进 行 ， 下 端 左 侧 裂 纹 的 发 展 受 到 抑 制 ， 右 侧 裂 纹 占 图 ６ꢀ 计 算 模 型 Ⅲ的 应 力 － 应 变 曲 线 和 声 发 射 图 WWW.KY114.CN 图 ７ꢀ 计 算 模 型 Ⅲ的 矿 柱 破 坏 剪 应 力 学 ， ２０００ 居 优 势 ， 裂 纹 扩 展 到 矿 石 中 ， 最 终 在 矿 柱 中 间 的 矿 石 中 ［ ２］ ꢀ Ｐｒｉｔｃｈａｒｄ Ｃ Ｊ， Ｈｅｄｌｅｙ Ｄ Ｇ Ｆ Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｐｉｌｌａｒ ｆａｉｌｕｒｅ ａｎｄ ｒｏｃｋ ｂｕｒｓｔｉｎｇ ａｔ Ｄｅｎｉｓｏｎ Ｍｉｎｅ［ Ｇ］ ∥Ｙｏｕｎｇ Ｒ Ｐ Ｒｏｃｋｂｕｒｓｔｓ ａｎｄ Ｓｅｉｓ ｍｉｃｉｔｙ ｉｎ Ｍｉｎｅｓ Ｒｏｔｔｅｒｄａｍ： Ｂａｌｋｅｍａ， １９９３： １１１１１６ 两 侧 裂 纹 贯 通 ， 形 成 宏 观 剪 切 断 裂 带 ， 矿 柱 失 稳 破 坏 。 ４ ꢀ 结 ꢀ 论 基 于 对 现 场 矿 柱 破 坏 物 理 机 制 的 认 识 ， 建 立 了 ［ ３］ ꢀ Ｌｕｎｄｅｒ Ｐ Ｊ， Ｐａｋａｌｎｉｓ Ｒ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｈａｒｄｒｏｃｋ ｍｉｎｅ ｐｉｌｌａｒｓ［ Ｊ］  Ｂｕｌｌ Ｃａｎ Ｉｎｓｔ Ｍｉｎ Ｍｅｒａｌｌ， １９９７， ９０： ５１５５ ２ 种 矿 岩 组 合 矿 柱 模 型 。 应 用 ＲＦＰＡ Ｄ 数 值 模 拟 方 ３ 法 ， 对 红 透 山 深 部 采 场 矿 柱 破 坏 发 生 机 理 进 行 了 数 值 模 拟 研 究 。 模 拟 分 析 表 明 ： 矿 柱 破 裂 的 主 要 模 式 为 剥 落 （ Ⅰ 型 ） 、 剪 切 破 坏 （ Ⅱ 型 ） 、 劈 裂 破 坏 （ Ⅲ 型 ） ； Ｉ 型 矿 柱 破 坏 形 式 为 Ｘ 型 剪 切 破 坏 ； Ⅱ型 矿 柱 破 坏 形 式 主 要 为 矿 柱 上 部 围 岩 发 生 破 坏 ， 而 在 矿 柱 下 部 矿 体 基 本 完 好 ； Ⅲ型 矿 柱 先 在 上 下 ２ 层 围 岩 中 产 生 裂 纹 ， 继 而 向 中 间 矿 石 扩 展 ， 直 至 最 后 裂 纹 贯 通 ， 矿 柱 失 稳 。 ［ ４］ ꢀ 姚 爱 辉 ， 吴 爱 祥 ， 王 贻 明 ， 等  破 碎 围 岩 条 件 下 采 场 存 留 矿 柱 稳 定 性 分 析 ［ Ｊ］  北 京 科 技 大 学 学 报 ， ２０１１， ３３（ ４） ： ４００４０５ ［ ５］ ꢀ Ｄｕｒｒｈｅｉｍ Ｒ Ｊ， Ｌａｂｒｉｅ Ｄ Ｄａｔａｄｒｉｖｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｍｉｎｉｎｇ， ｐａｒｔ １： Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｕｓｉｎｇ ｎｅｐｅａｎ ｓａｎｄｔｏｎｅ ｍｏｄｅｌｓ［ Ｃ］ ∥Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ Ｄｅｅｐ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｔｈ： Ａｕｓ ｔｒａｌｉａｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２００７： ２９３３０４ ［ ６］ ꢀ Ｄｕｒｒｈｅｉｍ Ｒ Ｊ ， Ｌａｂｒｉｅ Ｄ ＤａｔａＤｒｉｖｅｎ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｃｋ Ｍａｓｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ Ｍｉｎｉｎｇ， Ｐａｒｔ ２： Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ “ Ｒｏｏｍ ａｎｄ Ｐｉｌｌａｒ” Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ［ Ｃ］ ∥ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ Ｄｅｅｐ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｓｓ Ｍｉｎｉｎｇ Ｐｅｒｔｈ： Ａｕｓｔｒａｌｉａｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｇｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ， ２００７： ３０５３１３ 参 ꢀ 考 ꢀ 文 ꢀ 献 （ 下 转 第 ２０ 页 ） ［ １］ ꢀ 李 江 腾  硬 岩 矿 柱 失 稳 及 时 间 相 依 性 研 究 ［ Ｄ］  长 沙 ： 中 南 大 · ８·