点柱式上向水平分层充填采矿法充填体作用机理及点柱形状优化研究

点柱式上向水平分层充填采矿法通过留设点柱和分层充填实现超大采场结构开采。根据该法充填回采特点,研究了充填体接顶前点柱-充填体协同支护原理,分析了充填体对点柱的作用机理,推导出分层充填时点柱垂直应力理论计算公式,据此优化点柱形状,提出下宽上窄圆台形新型点柱。以李官集铁矿为例,采用数值模拟方法,对不同充填高度下方形、矩形、圆形及圆台形4种形状的点柱的应力分布情况及支护效果进行分析。结果表明:下宽上窄圆台形点柱支护顺应点柱垂直应力及剪应力的分布规律,在底部垂直应力及剪应力最大处承载面积达到最大,随着充填高度的增加,相应地减少承载面积及与充填体的接触面积,有效降低充填体下拉效应,保证支护效果的同时,降低矿石损失率。