三鑫金铜股份有限公司在进行地下开采时,中段之间留设10m高的顶底柱,矿石品位较高,储量可观。为最大限度回收宝贵矿产资源、延长矿山服务年限、保证矿山的可持续发展,公司决定对残留隐患资源进行二次回采。与各中段常规矿体开采相比,回采顶底柱的安全性差。一方面,采场内充填体强度低,需要采用合理的回采方案以确保采场的稳定性;另一方面,爆破产生的振动可能造成充填体失稳,进而引发采场坍塌;与此同时,顶底柱的二次回采加剧了地表沉降,需要严格控制采动损害的发生。论文以《湖北三鑫充填体下残矿回采技术研究》课题为依托,采用现场测试、物理试验、数值模拟相结合的方法,对充填体下顶底柱的回采进行分析,总结采动损害规律并提出合理的控制措施,从而为顶底柱的安全回采提供参考,主要开展工作及研究成果有:(1)开展矿床工程地质调查与现场测试:收集矿区地质资料和充填体物理力学试验资料,圈定充填体下残矿分布,探明残留顶底柱上、下部充填体质量;对现场典型地段的节理、裂隙进行调查统计,得出分布规律,为后续的岩体强度参数折减提供依据;收集已有的矿岩物理力学试验数据,对回采区间的矿岩进行补充测试试验;针对掌子面的爆破施工,在充填体间柱上进行多次爆破振动测试,获取不同爆心距下的质点振动速度,为后续的数值模拟提供参考。(2)采用数值模拟对典型中段的顶底柱进行回采优化。计算分析后得到次生应力场和采场变形的变化发展规律,进而设计优化方案并验证其可行性:第一层矿房尺寸为4m×4m,第二层矿房尺寸为4m×5m,顶部留设1m厚的矿体支护上部充填体,并采用“隔二采一”的回采顺序。(3)结合现场测振试验,采用数值模拟研究爆破振动对充填体间柱稳定性的影响。计算后得到不同最大单段药量下充填体间柱的振速-爆心距关系,并结合充填体的安全振速,得到安全距离与最大单段药量的关系为y_s(28)3.96Q-3.17,从而判断不同最大单段药量对充填体间柱的影响范围。(4)采用数值模拟研究各中段矿体回采后地表的沉陷规律。分析计算结果可知:矿体的形状、产状造成矿体正上方的地表沉降小,垂直走向的两侧沉降大;-570m中段矿体回采结束后,矿区内最大沉降值为5cm左右;模拟范围内最大沉降值位于矿区外,为8cm左右,对地表建筑物的影响较小。