湖北宜昌樟村坪震旦系磷矿层开采稳定性分析.docx

摘要

以湖北省宜昌市樟村坪地区磷矿采场 Ph

1

矿层地下开采为研究背景，采用基于 Mohr-Coulomb 强

度准则的弹塑性本构模型，运用 FLAC

3D

软件进行计算分析，依据计算结果对矿区开采的稳定性进

行评价。模拟了非充填采空区和充填采空区的开采，比较了 2 种条件下采空区的应力、位移和塑性

区分布及变化情况，验证了在缓倾斜磷矿体内实施房柱式开采系统的可行性，最后得出充填采矿方

法可以保证樟村坪震旦系磷矿层开采的稳定性和安全性的结论。

Abstract

FLAC

3D

is used for calculation and analysis. According to the calculation results, the

stability of mining in the mine area is evaluated. This paper simulates the minings in

non-filling goaf and filling goaf, and compares the distribution and change of stress,

displacement and plastic zone in the two conditions. The feasibility of the

implementation of chamber and column mining system inside the gently inclined

phosphate rock is verified. Finally, it is concluded that the filling mining method can

guarantee the stability and safety of the Sinian phosphate rock strata mining in

Zhangcunping town.

中国磷矿资源丰富，主要分布在湖北、云南、贵州、湖南和四川等地，现有磷矿区约 613 个，其

中已探明的资源储量有 252.82 亿 t。磷矿多为沉积作用、成矿作用、成岩作用和胶结作用形成，

大约 75%的矿层是轻微倾斜或倾斜的，这些矿层从薄到较厚都有，这意味着大规模开采的可能性

很小，增加了磷矿开采技术应用的难度。磷矿开采有地下开采和露天开采 2 种方式，其中露天开采

回收率可达 90%；地下开采采收率相对较低，平均为 79.4%左右

定性，诱发边坡变形与破坏，一旦边坡发生破坏，将会给人民生命与财产安全带来巨大的威胁。1980

年，湖北省远安县盐池河磷矿由于不合理的开挖造成山体崩塌，破坏的岩体摧毁并掩埋了整个矿区，

致使多人遇难，造成了惨重损失。因此，分析磷矿开采稳定性显得尤为必要。目前一般采用的研究

的计算方面并不深入；李松

［ 2 ］

采用 FLAC 数值模拟方法，研究分析了缓倾斜中厚矿体开采的地表

变形 机理，并 根据现场 监测结果提出了相应的岩 层控制技 术；宋友 红

［ 3 ］

运用 有限元软 件 ANSYS，

针对贵州开阳磷矿金阳公路下开采工程的问题，研究了 3 种不同采矿方案下采场的稳定性状况，评

价了 3 种不同采矿方案对金阳公路所产生的影响；黄刚等

［ 4］

针对开阳某磷矿崩塌的问题，利用有

限元软件 MIDAS/GTS 研究了地下采矿对斜坡变形的影响关系，分析了其崩塌的形成机理。本文

利用 FLAC

3D

研究了充填与非充填采矿情况下磷矿开采过程中矿体位移场和塑性带的分布特征。

个含磷层位，其中岩石地层单元靠下的 3 个含磷层位可形成工业矿层，自下而上为下磷层（Ph

中磷层（Ph

）及上磷层（Ph

采至今，已有 40 a 的历史，总体开发程度较高，1978—2016 年累计开采利用磷矿石 3.02 亿 t。

从开采规模上看，多为中、小型矿山；从开采方式而言，以平硐、溜井的地下开采方式为主

。

2 Mohr-Coulomb 强度理论模型

Coulomb 在 1773 年提出了内摩擦理论，规定当受力单元体某一平面上的剪切应力 τ 为下式时，

该单元体就会沿此平面发生剪切破坏：

破坏取决于其受到的剪应力和正应力

［ 7 ］

。如果主应力 σ1、σ2、σ3 已知，破坏准则可以采用主应

力的形式表示：

可以用 Mohr 应力圆来表示任意一点的应力：

Mohr 应力圆可以反映材料达到破坏极限时的应力状态，也被称为极限应力圆。对岩石进行抗压缩

试验，得到岩石的最大、最小主应力值，在 τ‐σ 坐标系上做出一系列的 Mohr 应力圆，代表不同

的极 限应力 状态，如 图 1 所示。再根 据 Mohr 应力圆做出 各自相应 的包络线 ，即 Mohr 包络线，

图 1 中的包络线适用于岩性偏强的岩石。判断岩石是否破坏的条件是应力圆与 Mohr 包络线是否相

切。

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