1 矿山概况
李楼铁矿是一座刚刚开发的新兴大型隐伏性沉积变质铁矿山,，该矿床位于霍邱铁矿区中部。矿床走向长3.4km，主要有5个矿体，其中以Ⅰ矿体为主矿体，地质储量占全矿床的总地质储量85.4%，矿体赋存上部-25m~-288m，下部-375m~-862m，平均厚度48.2m，倾角65°~85°，近似直立，为急倾斜矿体。总之，矿体走向长，斜身深，倾角陡，矿体形态基本比较规整，基本无岩石夹层。矿石地质探明储量2.76亿吨，全铁品位Tfe=34.08%。矿石矿物主要组成成分石英镜铁矿，其次为磁铁矿和赤铁矿等，石英镜铁矿33.7t/m3，抗压强度72.4Mpa，抗拉强度4.34Mpa， 脉石主要矿物成分角闪二云片岩，密度27.0t/m3，抗压强度62.5Mpa，抗拉强度3.75Mpa.。
一期（-500m水平以上矿体）采选设计规模为530万t/a，开采地质储量为1.8亿吨，推荐的主体采矿方法是高阶段深孔回采嗣后充填采矿方法，采场垂直走向布置，分矿房和矿柱二步骤间隔回采，隔一采一的原则，采场长度为矿体的水平真厚度，宽度20m，阶段高度100m，分段高度25m。分段中孔凿岩，连续落矿，在-400m水平底部结构集中出矿。采场以敞空形式出矿，待矿全部出完后方可进行一次充填作业。
2 首采段开采技术难点
首采段8-5#采场等采场位于李楼铁矿盘区中部，在主采矿体为-400m~-300m之间，该区域内矿体厚度较大，厚度甚至高达150m~170m以上，矿岩中等稳固。根据推荐的高效的采矿方法，采场结构参数的尺寸是否合理，能安全高效采矿吗？
根据推荐的主体采矿方法是高阶段深孔回采嗣后充填采矿法，采场尺寸为150m~170m×20m×100m，同时采场回采以敞空形式存在，待矿石全部出完，方可进行充填。一步骤回采矿房，原生矿柱、顶底板、上下盘围岩维护采场稳定，二步骤回采矿柱以充填体、顶底板、上下盘围岩维护采场稳定。
对于中厚矿体广泛应用分段空场法，见表1和表2。国内的矿山的采场尺寸一般长度小于50m，宽度15m~20m，阶段高度低于90m。而安庆铜矿采场尺寸70m×15m×115m，也是国内矿山少有采场阶段高度大于100m，国外矿山采场阶段高度大于100m相对国内较多些。结论是采场结构尺寸参数远大于相关文献资料的技术规定，若以推荐采场结构参数尺寸做单体设计，采场安全稳定性可靠性能否达到安全技术要求，因此对于深部特大型采场如何实现安全高效采矿，就面临重大技术挑战 〔2,3〕。
国内矿山分段空场法应用资料表1
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矿山名称 |
矿块构成要素（m×m×m） |
分（中）段(m) |
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金岭铁矿 |
(30-40)×30×(40-60) |
12-15 |
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寿王坟铜矿 |
50×矿厚×60 |
15 |
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牟定铜矿 |
(40-60)×（5-25）×(50-75) |
—— |
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安庆铜矿 |
(30-50)×（10-15）×(50-120) |
50 |
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大冶某矿 |
(40-60)×（10-15）×40 |
40 |
国外矿山分段空场法应用资料表2
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矿山名称 |
矿体厚度（m） |
阶段高度/分段高度(m) |
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瑞典某铁矿 |
50-60 |
100-110/20-55 |
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加拿大某铜矿 |
12-40 |
90/24-30 |
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前苏联某铁矿 |
12-20 |
80/24 |
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澳大利亚某铜金矿 |
~45 |
120/40 |
3 采场结构参数的优化
对于井下特大型采场回采技术的研究是刻不容缓，为安全高效回采提供技术支持。开展了井下大型采场开采过程中稳定性研究，取得很大的进展，达到预期效果。
3.1 FLAC-3D
程序数值模拟应用
采场结构参数优化用FLAC-3D 程序对回采过程中原岩及充填体的力学行为进行模拟，建立有限元力学模型，模型尺寸520m×480m×500m，垂直矿体走向方向上，模型的长度为520m；沿矿体走向方向，模型的宽度为480m；垂直方向上，模型的高为500m，整个模型共有单元11616个，节点总数为51221个。
有限元计算模型初始单元网格，图1
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