1、我國的經(jīng)濟正蓬勃發(fā)展，對資源要求急劇增加，采礦業(yè)是支柱產(chǎn)業(yè)之一。一般礦山首先采用露天開采，隨著開采深度的不斷增加，露天開采已經(jīng)不適合礦山生產(chǎn)的要求，越來越多的露天礦山將轉(zhuǎn)入地下開采，歸來莊金礦是其中之一。歸來莊金礦經(jīng)過近20年的生產(chǎn)，形成了東西長600m，南北寬350m，坑深170m的露天坑。在露天開采結(jié)束時，地下開采系統(tǒng)尚未形成，而露天開采范圍內(nèi)資源不足，本文綜合采用理論分析、力學(xué)計算、數(shù)值模擬與現(xiàn)場監(jiān)測的方法，研究采用人工境界礦柱替

2、代天然礦柱的可靠性及關(guān)鍵技術(shù)。首次提出提前開采露天轉(zhuǎn)地下開采的境界礦柱，并用鋼筋混凝土回填，形成地下開采的人工頂柱的大膽設(shè)想。實現(xiàn)了歸來莊礦業(yè)公司露天轉(zhuǎn)地下開采的順利過渡，并為山東境內(nèi)黃金礦山及其他類似礦山，提供一種有效的礦柱回采方案。
　　本文主要研究成果如下:
　　1.對歸來莊金礦礦區(qū)的工程地質(zhì)條件進行了較為詳盡的勘察，獲得礦區(qū)巖層形態(tài)及結(jié)構(gòu)面分布特征，同時進行了現(xiàn)場原位和室內(nèi)巖石物理力學(xué)試驗研究，通過歸納、類比方法，確

3、定了巖石的物理、力學(xué)參數(shù)，為后續(xù)的理論計算及數(shù)值模擬分析提供參考依據(jù)。
　　2.創(chuàng)新地提出人工境界礦柱的露天轉(zhuǎn)地下開采方案，結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土假頂和低標號混凝土充填體復(fù)合結(jié)構(gòu)，在露天坑底的礦體中采用進路回采并隨即充填的人工境界礦柱形成方法，將對邊坡穩(wěn)定性的影響降到最低。提前回收境界礦柱資源，解決礦山露天轉(zhuǎn)地下開采資源和產(chǎn)量接替問題，保證了露天轉(zhuǎn)地下開采的平穩(wěn)過渡。
　　3.詳細地進行了人工境界礦柱結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計，采用進路式

4、回采工藝，通過分步開挖，與上下盤圍巖形成完整的嵌入式人工境界礦柱，提高了整體穩(wěn)定性。具體內(nèi)容包括人工境界礦柱范圍、人工境界礦柱結(jié)構(gòu)、人工境界礦柱的形成、充填單元間鋼筋的連接、充填單元間的混凝土界面處理、狹窄礦體區(qū)域人工境界礦柱結(jié)構(gòu)、人工境界礦柱底部隔離層。溝槽角礫巖坡面采用金屬網(wǎng)臨時支護，金屬網(wǎng)采用管縫式錨桿及鋼筋帶固定。
　　4.提出了人工境界礦柱參數(shù)的計算理論和力學(xué)模型，建立了境界礦柱的彈性地基梁力學(xué)模型，得到地基梁的應(yīng)力分布

5、，以-50m進路開采為例，考慮最不利的工況，進行有限元數(shù)值模擬，驗證人工境界礦柱的穩(wěn)定性。
　　5.運用ANSYS軟件、結(jié)合強度折減法，分別對人工境界礦柱形成前，人工境界礦柱形成過程中和人工境界礦柱形成后的邊坡進行數(shù)值模擬。計算表明，當(dāng)設(shè)計及參數(shù)選用合理時，采用人工境界礦柱對邊坡穩(wěn)定性的影響不大，為露天轉(zhuǎn)地下開采的人工境界礦柱法提供科學(xué)依據(jù)。
　　6.通過有限元分析，探討露天轉(zhuǎn)入地下開采后不同的采礦方法對上覆邊坡及人工境界礦

6、柱的影響，模擬結(jié)果表明，在人工境界礦柱的保護下，兩種回采方式都使得邊坡的安全系數(shù)有所提高，建議采用優(yōu)化的隔二采一的回采順序。
　　7.在人工境界礦柱的形成過程中，對邊坡穩(wěn)定性進行了全程監(jiān)控，保證了露天轉(zhuǎn)地下開采的安全，防患于未然。24個月的檢測結(jié)果分析得到，歸來莊金礦露天采場邊坡變形特征符合穩(wěn)定邊坡的一般規(guī)律，目前邊坡處于穩(wěn)定性狀態(tài)，從露天轉(zhuǎn)入地下開采過程對邊坡穩(wěn)定性影響不明顯。
　　8.基于歸來莊金礦具體工程實例，構(gòu)建了露