随着近十几年我国采矿、选矿及其他相关科学技术的发展,充填采矿技术越来越受到各矿山的重视,该方法在降低贫损指标,防止地表塌陷、选矿尾砂处理等方面发挥着举足轻重的作用,得到了较快的发展和广泛的应用。上向水平分层充填采矿法作为某铅锌矿的主要采矿方法,在采矿工艺和施工工艺上均属省内首次采用。面对复杂的围岩情况和多变的矿体,采场顶板控制成为目前遇到的最大问题。本文以某金属矿为依托,首先通过现场调研、实验室实验和理论分析的方法对该矿与工程岩体力学参数进行了确定;然后采用理论分析和数值模拟分析的方法对回采采场顶板围岩内应力、顶板及两帮移近量,塑性区范围等进行了分析;再次通过理论分析和数值模拟分析的方法对上向水平分层充填采场顶板支护方案进行了确定和支护效果数值模拟;最后结合现场情况,对上向水平分层拉底巷施工、锚索施工、采场回采等施工工艺进行了确定,以确保施工质量。通过上述分析,本文主要的主要研究成果有以下几点:(1)将实验室取得的岩石力学参数,采用GSI地质强度指标和Hoek-Brown岩体强度准则进行了转化,岩体的体积模量、剪切模量、抗拉强度等参数与实验室测得的岩石力学参数相比均有不同程度的降低。岩体力学参数的取得为后续顶板结构稳定性的分析及数值模拟等研究提供了数据支持。(2)通过上向水平分层充填采场顶板失稳机理的分析,确定在采场不支护的情况下,空顶面积极限值为256㎡。又通过数值模拟分析对采场底板两帮的围岩应力、移近量等进行了研究。研究表明在采场中部易受拉应力作用导致顶板断裂垮落;在采场顶部上盘位置存在高度为17m的拉伸塑性区,易导致采场上盘围岩不稳而垮落入回采空间内;采场上盘围岩内存在一压力核心区,易受采动影响向已回采的空间内挤压导致片帮等。(3)通过采场顶板控制研究,确定采场顶板的支护材料、间排距、预紧力等参数。经数值模拟分析支护效果表明:特别是采场中部水平拉应力较不支护情况下低;上盘围岩内水平位移低于不支护情况下的水平位移;同时,上盘围岩内塑性区消失对同时,上盘围岩内塑性区消失对于以后矿体回采过程中对上盘围岩的控制有较好利好。(4)结合现场实际,给定在矿体厚度大于16m情况下采场布置方案和矿体厚度小于16m情况下采场的布置方案,并给定拉底巷、锚索、回采施工工艺。