低温对胶结充填体特性影响的数值模拟研究

曹俊 戈凯 李洪彦 陈金刚

西藏华泰龙矿业开发有限公司，中国·西藏 拉萨 850200

1 引言

西藏甲玛铜多金属矿是中国较为典型的高海拔低温矿井，其井下温度年均3～4 个月处于10℃以下，局部中段5℃以下[1-2]。该矿山部分采用充填采矿法进行开采，生产过程中由于环境温度较低，导致标准养护龄期条件下的全尾砂胶结充填体试件强度相对较小[3]。为保障充填体实际强度达到其需求强度，论文采用数值模拟的手段揭示低温环境对充填体特性的影响规律，为充填体强度设计提供参考和依据。

2 模型建立及模型方案

2.1 模型建立

采用数值模拟软件内置的模块，建立充填体试件几何模型（0.3×0.3×0.3m）及其网格划分如图1所示。

图1 胶结充填体试件模型

2.2 边界条件

为了尽量确保与充填体在井下所处的实际环境相接近，几何模型除了顶部为自由条件外，其余五个面均为固定约束条件。充填体试件模型其他相关参数设置如表1所示。

表1 充填体试件模型参数设置

2.3 模拟方案

充填体的强度主要来源于水化反应产生的产物聚集，而充填体的水化反应又受周围环境温度的影响，对于高海拔地区的充填体来说，其所处的环境温度较低（如部分矿井采场温度最低可达到11℃），较低的环境温度通过影响充填体内部水化反应过程，来间接影响充填体特性。以下将通过对比四组环境温度（10℃、15℃、20℃和25℃）下充填体的温湿度演化、温湿度分布、强度演化和最大膨胀变形值演化来研究低环境温度对充填体特性的影响。……