程潮鐵礦崩落法開采對上覆巖體變形的影響研究

李吉民 吳文博 張聰瑞 陳誠 韓亞民

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430070；2.武鋼資源集團(tuán)程潮礦業(yè)有限公司，湖北鄂州 436051；3.關(guān)鍵非金屬礦產(chǎn)資源綠色利用教育部重點實驗室，湖北武漢 430074）

0 引言

程潮鐵礦采用無底柱分段崩落法開采已深至地下-500 m 以下分段，長期的崩落法開采至今已造成了約41.7 萬m2的地表塌陷，同時大范圍的地表塌陷也為地表向井下匯水提供了天然通道，導(dǎo)致采場雨季突水、突泥的事故時有發(fā)生。對于地表塌陷而言，塌陷坑的形成與許多因素密切相關(guān)，由崩落法開采引起上覆圍巖中裂隙的產(chǎn)生及巖體變形是直接原因，巖體中原生節(jié)理裂隙發(fā)育情況、巖體本身物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、開采深度、地下水滲流等其他因素是間接原因。探究無底柱分段崩落法開采對空區(qū)上覆圍巖受力變化特征與變形破壞機(jī)制對有效控制地表塌陷、預(yù)防采場涌水具有重要意義［1-2］。

關(guān)于采礦引起的巖體穩(wěn)定性分析及變形破壞機(jī)制方面，已有許多前人研究成果。張波等［3］運(yùn)用3DEC數(shù)值模擬軟件，結(jié)合工程實際情況針對高瓦斯煤層開采過程中的巖體裂隙帶移動變形與裂隙帶動態(tài)演化規(guī)律進(jìn)行了模擬研究，探討了煤層開采過程中采動覆巖裂隙與滲透演化規(guī)律的特征。夏開宗等［4］通過對礦區(qū)的地表變形監(jiān)測資料及宏觀破壞特征分析，對金屬礦山崩落法開采引起的巖層移動規(guī)律進(jìn)行了研究，并將礦區(qū)巖層隨開采發(fā)生移動變化分為頂板破壞擴(kuò)展、周邊圍巖傾倒破壞的兩階段，其研究結(jié)果從宏觀上解釋了金屬礦山無底柱分段崩落法開采造成的上覆巖體移動及失穩(wěn)過程，但仍缺乏具體單一或多礦房開采對周邊圍巖的應(yīng)力及應(yīng)變變化分析。孟慶彬等［5］應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，對和睦山鐵礦開挖采礦進(jìn)路階段進(jìn)行了圍巖松動圈探測，確定了其松動圈具體范圍，并結(jié)合數(shù)值模擬分析了無底柱分段崩落法采場進(jìn)路圍巖變形破壞特征與失穩(wěn)機(jī)理，對采場進(jìn)路支護(hù)技術(shù)提供了一定的參考，但礦房開采后的圍巖松動情況則由于其安全性原因?qū)е码y以使用雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行探測。劉志高等［6］采用UDEC 數(shù)值模擬和綜放開采條件下覆巖移動計算的“上三帶”理論相結(jié)合，對騰達(dá)煤礦覆巖運(yùn)移規(guī)律開展了研究，確定了其“上三帶”高度，并通過現(xiàn)場鉆孔監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗證，對于煤礦綜放開采所造成的覆巖移動范圍進(jìn)行了較好的闡釋。程健維等［7］以預(yù)測地表沉陷的影響函數(shù)法為基礎(chǔ)，通過改進(jìn)相關(guān)參數(shù)和理論推導(dǎo)，將其用于對開采導(dǎo)致巖層移動及變形的計算與預(yù)測，建立分段煤層工作面開采沉陷預(yù)計模型，實踐表明該模型具有良好的實用性。

以上文獻(xiàn)雖然對礦山開采地表及深部巖體的變形規(guī)律取得了諸多有益的成果，但在目前深部開采背景下，對不同分段礦房開采的上覆巖體變形規(guī)律仍不清晰，且由于金屬礦山具有礦體形態(tài)多變、開采參數(shù)多變以及結(jié)構(gòu)效應(yīng)明顯等特點，造成了由地下采礦引起的地表變形和巖體破壞形式與煤礦等沉積類地層礦山不同，針對金屬礦山地下開采引起的采空區(qū)上覆巖體應(yīng)力演化機(jī)制目前尚未形成系統(tǒng)的、全面的、可供參考的理論。因此，對采用無底柱分段崩落法深部開采的礦山，其崩落法開采對上覆巖體應(yīng)力擾動與變形機(jī)制亟待于更深入的研究。

1 工程背景

程潮鐵礦礦區(qū)地形為低山丘陵地貌，東西長約2 300 m，南北寬約800 m。其地下分為東、西區(qū)，采用無底柱分段崩落法進(jìn)行開采，西區(qū)目前正在進(jìn)行-463.0 m 分段的開采，東區(qū)主要正在進(jìn)行-480 m和-500.0 m 分段的開采。同時礦山正在進(jìn)行-560 m分段的提前開拓工程，-500 m 至-560 m 間礦體未開采，目前日產(chǎn)礦石量共計約為1×104t。

1.1 地應(yīng)力場

礦區(qū)在成礦前后經(jīng)歷多次強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動，形成了較為復(fù)雜的構(gòu)造應(yīng)力場。圖1 為程潮鐵礦礦區(qū)最大主應(yīng)力1、最小主應(yīng)力3和垂直應(yīng)力2的分布規(guī)律，其中，最大主壓應(yīng)力1方向為N85°～75°W，與礦體走向基本一致，其大小與深度相關(guān)，在不同深度時取不同倍數(shù)的h；中間主應(yīng)力2的函數(shù)關(guān)系為2=·h，與深度線性相關(guān)；最小主應(yīng)力3的方向基本垂直礦體走向。

圖1 程潮鐵礦主應(yīng)力分布示意

程潮鐵礦礦區(qū)最大主應(yīng)力1在-450 m 深度為1.33h，具體測量值為15.33 MPa，由此可得=0.025 7，后續(xù)將依據(jù)此對-480 m、-500 m 分段各方向應(yīng)力進(jìn)行計算。

程潮鐵礦井下開采以70 m 劃分1 個中段，中段間又劃分?jǐn)?shù)個分段，分段高度為17.5 m，進(jìn)路間距為15 m。

1.2 模型巖石力學(xué)參數(shù)確定

礦區(qū)巖石大體可分為角巖、閃長巖、大理巖以及磁鐵礦這幾類。為取得UDEC 數(shù)值模擬所需的所有力學(xué)參數(shù)，包括質(zhì)量密度，kg/m3；體積模量K和剪切模量G；粘聚力C、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度b等。整理目前可查的地質(zhì)資料，得出程潮礦區(qū)巖石物理力學(xué)性質(zhì)如表1 示。

表1 礦區(qū)巖體力學(xué)參數(shù)表

2 UDEC 無底柱分段崩落法開采模擬

通用離散元程序（UDEC，Universal Distinct Element Code）是一個處理不連續(xù)介質(zhì)的二維離散元程序，尤其適用于模擬非連續(xù)介質(zhì)（如巖體中的節(jié)理裂隙等）承受靜載或動載作用下的力學(xué)響應(yīng)過程。選用UDEC 模擬程潮鐵礦無底柱分段崩落法采礦過程，基于離散元理論分析各開采步驟下的圍巖應(yīng)力及位移分布狀態(tài)，探究采礦對采空區(qū)上覆巖體穩(wěn)定性的影響，為后續(xù)礦山支護(hù)及防水方案設(shè)計提供參考。

2.1 模擬方案確定

程潮鐵礦自-290 m 水平到- 460 m 水平的礦體均進(jìn)行了開采，但由于礦體一方面呈傾斜產(chǎn)狀分布，因此在不同的二維剖面空區(qū)上覆圍巖完整性會存在較大差異；另一方面，崩落法采礦形成的崩落空區(qū)圍巖體物理力學(xué)性質(zhì)難監(jiān)測、難獲取。因此結(jié)合研究目的，本次模擬方案設(shè)計簡化為截取程潮鐵礦井下的-480 m 分段、-500 m 分段與-517.5 m 分段的部分礦房，以其目前正在開挖的-480 m 分段、-500 m 分段為具體研究對象，分段上覆圍巖視為未開采的完整巖體，并施加一個上邊界荷載以等效上覆巖體自重應(yīng)力，此種模擬工況亦與目前正在進(jìn)行開拓工程的-560 m 分段情況相似。

模型大小長度取240 m（僅代表橫向的尺度標(biāo)記線長度），高度取200 m（兩中段間距為70 m，兩分段間距為17.5 m），這樣的二維模型可以保證模型邊界離開挖邊界的距離為開挖跨度的5 倍左右，以消除模型對邊界可能產(chǎn)生的影響。同時為方便建模和計算，模型材質(zhì)僅選取角巖和鐵礦石的物理力學(xué)參數(shù)，礦體部分使用鐵礦石的巖石力學(xué)參數(shù)，礦體外圍的部分則采用角巖的巖體力學(xué)參數(shù)，模擬開采方案為中深孔瞬時同步爆破開挖。

2.2 開挖模擬過程

2.2.1 平面模型構(gòu)建

模型允許最小轉(zhuǎn)角半徑設(shè)置為0.3 m，最小塊體邊長為0.6 m，生成模型面。由于UDEC 中刪除塊體必須給定塊體范圍，且塊體范圍需要在預(yù)設(shè)的節(jié)理范圍內(nèi)，因此通過block cut crack 命令依照程潮鐵礦無底柱分段崩落法開采礦房的參數(shù)布置好進(jìn)路及礦房的范圍節(jié)理，模型的y軸零點分段線處模擬的標(biāo)高為-470 m，設(shè)計-480 m 分段開采5 個礦房，-500 m分段開采4 個礦房，進(jìn)路尺寸為3 m×3 m，進(jìn)路間距為15 m，礦房高度取18 m。使用UDEC 7.0 自動網(wǎng)格劃分，為提高計算精度，將開采矩形區(qū)域的網(wǎng)格生成邊長設(shè)置為2.0m，外部矩形的網(wǎng)格生成邊長為5.0 m，網(wǎng)格劃分完成后的模型圖如圖2 所示。

圖2 模型塊體與分區(qū)

2.2.2 模型巖石力學(xué)參數(shù)及邊界條件

模擬中巖石本構(gòu)模型設(shè)置為摩爾-庫倫模型，在巖石物理力學(xué)參數(shù)設(shè)定上，開采區(qū)礦體參照表1 中磁鐵礦性質(zhì)，密度值取2.68×103kg/m3，體積模量取16.46×109Pa，剪切模量取6.1×109Pa，內(nèi)摩擦角為30.1°，巖體內(nèi)聚力6.7×105Pa，抗拉強(qiáng)度為4.2×105Pa；外圍區(qū)巖體參照表1 中角巖性質(zhì)，密度值取2.72×103kg/m3，體積模量取33.3×109Pa，剪切模量取9.4×109Pa，內(nèi)摩擦角為26.8°，巖體內(nèi)聚力5.3×105Pa，抗拉強(qiáng)度為5.6×105Pa。

巖體中節(jié)理的本構(gòu)模型設(shè)置為庫倫-滑移模型，節(jié)理切向剛度取值為1.0×109Pa，節(jié)理法向剛度取值為16.0×109Pa，內(nèi)摩擦角為43°，粘聚力為1.0×104Pa［8］。

應(yīng)力邊界條件參照圖1 可知，y軸零點分段線處即井下-470 m分段處，其分段方向最大分段主應(yīng)力 1為1.23h，代入，h值可算出1為14.86 MPa，垂直方向第二主應(yīng)力2為h，其值為12.08 MPa，最小主應(yīng)力3約為0.42h，其值為5.1 MPa。因此對模型左右邊界的設(shè)定約束為xx=-14.86 MPa，yy=-12.08 MPa，且均在y方向上以0.03 MPa/m 的梯度下降。

模型上邊界的模擬標(biāo)高為-370 m，參照前文中的地應(yīng)力測量結(jié)果，-370m處的垂直地應(yīng)力h=9.5 MPa，故對模型上邊界整體施加隨深度方向以30 kPa/m的梯度增加的9.5 MPa 的垂直地應(yīng)力荷載。

最后固定模型左右及下邊界的速度邊界，設(shè)置引力值-9.81 N/kg，模型解算精度為1.0 E-5，開始平衡計算。計算結(jié)果的應(yīng)力、位移云圖如圖3、圖4所示。

圖3 塊體位移

圖4 塊體應(yīng)力

當(dāng)模型進(jìn)行平衡演化后，模型在y方向上應(yīng)力為對稱均勻分布，且呈梯度增強(qiáng)的受壓狀態(tài)，模型中軸線上的壓應(yīng)力自上往下由9.45 MPa 逐漸增大到14.85 MPa。模型在y方向上的位移雖然都表現(xiàn)為向下略微沉降，但這種沉降并不均勻，且以開挖區(qū)為核心，沉降的深度最深，達(dá)到了0.7 cm，遠(yuǎn)離核心的地方則沉降的稍少一點，初步判斷可能是由于提前布置的開挖區(qū)節(jié)理力學(xué)性質(zhì)弱于圍巖體力學(xué)性質(zhì)，由此造成沉降略微增加。

2.2.3 -480 m 分段礦房開采過程分析

模擬-480 m 分段的5 個礦房開采過程，研究周邊巖體損傷及裂隙生成-擴(kuò)展情況。首先開挖-480 m分段的進(jìn)路，得到y(tǒng)方向上的位移、應(yīng)力云圖如圖5所示。

圖5 -480 m 進(jìn)路開挖y 方向上的位移及應(yīng)力

圖中可以看出，開挖-480 m分段的進(jìn)路并未對整體的位移和應(yīng)力分布造成明顯影響，開挖進(jìn)路上方巖體y方向上的位移沉降值自0.7 cm 增至0.98 cm，即開挖5 條進(jìn)路（3×3 m）對上方的礦巖造成了0.22 cm的沉降，開挖進(jìn)路下方的巖體y方向上的位移自0.69 cm 變化至0.78 cm。而在應(yīng)力方面，各進(jìn)路在分段和豎直方向上均受壓應(yīng)力，但分段方向上的壓應(yīng)力相較于未開挖前的12～13 MPa增大至14～15 MPa，而豎直方向上的壓應(yīng)力表現(xiàn)規(guī)律為離進(jìn)路頂板越遠(yuǎn)而越大，直接頂板處的壓應(yīng)力最小，僅為1.4 MPa；底板的受力狀況與頂板近似。可以說明，進(jìn)路的開挖引起了兩幫圍巖的應(yīng)力增大，頂?shù)装逄幍膽?yīng)力減小，位移變化上呈現(xiàn)出頂?shù)装迮c邊幫都有向里收縮的趨勢，但現(xiàn)階段這樣的應(yīng)力集中并不足以對巷道變形產(chǎn)生明顯影響。

接下來開挖礦房，開采順序為從左到右開采，并對每步驟開采平衡后的最大主應(yīng)力云圖、總計應(yīng)變增量云圖進(jìn)行展示（見圖6），其中，增量應(yīng)變是指遞進(jìn)變形過程中各個小階段在已發(fā)生的有限應(yīng)變基礎(chǔ)上新增的應(yīng)變。需要特別說明的是，UDEC 中無法展示未提前預(yù)設(shè)節(jié)理巖體的破碎，也就是說，如果未預(yù)先在巖體中設(shè)置節(jié)理，那么這塊巖體在模擬結(jié)果圖中是不會發(fā)生破碎、垮落等現(xiàn)象的，即便其內(nèi)部顯示的沉降位移值等其他參數(shù)已能清楚證明該巖體內(nèi)部必然發(fā)生了破碎與崩落。

圖6 -480 m分段礦房順序回采各步驟最大主應(yīng)力、總計應(yīng)變增量

最大主應(yīng)力云圖中將圖例的拉應(yīng)力最大值取為定值0.56 MPa，總計應(yīng)變增量云圖的圖例顯示最大值設(shè)為0.01，在不影響應(yīng)力及應(yīng)變的情況下優(yōu)化云圖顯示效果，消除計算結(jié)果中少數(shù)極值帶來的影響。由圖7 變化過程可有：①自左向右開采礦房過程中，圍巖中逐步形成應(yīng)力拱和應(yīng)變拱，它們的范圍均隨著開采逐漸擴(kuò)大，且這兩者在形態(tài)以及發(fā)展趨勢上都高度對應(yīng)；②應(yīng)力拱在不同拱高內(nèi)的最大主應(yīng)力值存在明顯的區(qū)間性，越往外越接近原始地層的最大主應(yīng)力；③結(jié)合應(yīng)變云圖應(yīng)變拱的變化情況，每開挖一個礦房所形成的分區(qū)礦柱，其承載的載荷是上一個礦柱所承載上部拱形圍巖的扇形外擴(kuò)圍巖體，這也與巖體開挖的“自然平衡拱”［9］理論互相映證。

圖7 -500 m分段礦房順序回采各步驟最大主應(yīng)力、總計應(yīng)變增量

此外，每步驟礦房開采后形成的最大主應(yīng)力拱相比原應(yīng)力拱，其范圍大小并非均勻擴(kuò)張，其內(nèi)部最大主應(yīng)力呈現(xiàn)既有壓應(yīng)力部分，也存在拉應(yīng)力部分，拉應(yīng)力集中分布在應(yīng)力拱下方，壓應(yīng)力則集中分布在上部，應(yīng)力分布情況較為復(fù)雜。為更清晰地分析礦房每步驟開采對上覆巖體應(yīng)力、應(yīng)變變化的影響規(guī)律，并嘗試性的量化這個過程，將云圖中每步驟開采后上覆圍巖的最大主應(yīng)力拱、應(yīng)變增量拱內(nèi)部具體數(shù)值變化情況統(tǒng)計總結(jié)如表2、表3。

表2 各步驟開采圍巖最大主應(yīng)力情況

表3 各步驟開采圍巖應(yīng)變增量拱情況

結(jié)合表2 分析最大主應(yīng)力的應(yīng)力拱，除1 礦房開采外，其余步驟的應(yīng)力拱，內(nèi)部均存在拉應(yīng)力和壓應(yīng)力占主導(dǎo)的兩個部分，拱內(nèi)拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的分布雖然互有交叉，但仍表現(xiàn)為拉應(yīng)力集中分布在下部，壓應(yīng)力集中分布在上。而同時出現(xiàn)拉、壓應(yīng)力的原因則可以根據(jù)“三帶”理論進(jìn)行解釋，拉應(yīng)力基本也呈拱狀分布于距空區(qū)最近的頂板圍巖內(nèi)，數(shù)值較小，拱內(nèi)圍巖即為開采礦房形成的冒落帶，此處的頂板圍巖并非不受壓應(yīng)力作用，只是其最大主應(yīng)力已經(jīng)以拉應(yīng)力為主導(dǎo)，呈現(xiàn)出向下冒落的趨勢，因此判斷其為冒落帶范圍；壓應(yīng)力則是呈拱狀向外擴(kuò)散遞增分布，數(shù)值越來越大，且隨著范圍的擴(kuò)增，其數(shù)值從和原始地層應(yīng)力相差較大到慢慢貼近原始地層應(yīng)力值，這表明此拱內(nèi)部圍巖的應(yīng)力狀態(tài)已和外部相對脫離，由巖體內(nèi)部生成大量裂隙導(dǎo)致應(yīng)力無法有效傳遞，因此判斷其為導(dǎo)水裂隙帶范圍。

拉應(yīng)力在1步驟礦房開采后，拉應(yīng)力拱尚未產(chǎn)生，說明此時頂板無冒落范圍，后續(xù)礦房開采所致的冒落帶范圍高度依次為0.52、2.77、3.00、6.25 m，這些數(shù)值的變化趨勢雖為不斷增大，但并未見明顯的數(shù)學(xué)規(guī)律。另外，除1 步驟礦房開采外，其余壓應(yīng)力拱的區(qū)間最大值基本保持一致，該平衡值近似為2.92 MPa。這表明，在同一分段礦房的開采過程中，每次礦房開采后，新形成的壓應(yīng)力拱與之前相比，除了拱徑擴(kuò)大外，其應(yīng)力平衡狀態(tài)并未發(fā)生改變。

每步驟礦房開采后應(yīng)變拱拱高和表2 中的壓應(yīng)力分布區(qū)間的最大值在數(shù)值上都較為接近，進(jìn)一步驗證了前文導(dǎo)水裂隙帶的推論。這里取表3 中的對應(yīng)高度值（3.9、12.8、21.1、31.4、42.3 m）作為礦房每步驟開采后的導(dǎo)水裂隙帶高度。由UDEC 模擬結(jié)果可知，沉降拱的高度和范圍是隨采長的不斷增加而增大的，每增加1 個礦房（15 m）的采長，其冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶范圍均顯著增加，且導(dǎo)水裂隙帶高度范圍隨采長的演變趨勢具有明顯線性關(guān)系。

最終得到導(dǎo)水裂隙帶高度函數(shù)可取y=0.636x-6.32，此時R2為0.995 7。此即為程潮鐵礦采用無底柱分段崩落法開采，當(dāng)進(jìn)行單分段礦房開挖且該礦房上覆圍巖未經(jīng)開采時，其上覆巖體形成的導(dǎo)水裂隙帶高度范圍y隨采長x的變化函數(shù)。

2.2.4 -500 m 分段礦房開采過程分析

實際崩落法采礦過程中的開采順序為自上而下，層層崩落采礦，因此探究上下相鄰分段間礦房回采對圍巖產(chǎn)生的重復(fù)擾動影響具有重要意義。接下來對-500 m 水平礦房進(jìn)行順序回采模擬，并將其最大主應(yīng)力云圖和總計應(yīng)變增量云圖展示如圖7 所示。

由于篇幅所限及-500 m分段2、3 礦房開采對應(yīng)力及應(yīng)變的擾動程度不明顯的原因，這里只展示開采1 礦房和開采4 礦房結(jié)束后的應(yīng)力及應(yīng)變云圖情況。圖7 中可觀察得出，在開采-500 m 分段礦房后，-480 m中段的礦體向下垮落，礦體下方圍巖的應(yīng)力及應(yīng)變拱開始顯現(xiàn)，且變化趨勢與上覆圍巖近似對稱發(fā)展，同時，在-500 m 分段礦房的開采過程中，上覆巖體的應(yīng)力拱和沉降拱的大小范圍及平衡狀態(tài)沒有再發(fā)生明顯變化，4 礦房開采結(jié)束后，測得空區(qū)上覆圍巖體的最大應(yīng)變拱高為42.6 m，外圈的應(yīng)力拱平衡值為2.99 MPa，均與-480 m 礦房開采結(jié)束時的狀態(tài)相差無幾。另外，礦房邊幫圍巖的應(yīng)力和應(yīng)變范圍進(jìn)一步增大，往內(nèi)收縮變形的趨勢也更明顯。

分析-500 m 分段的模擬結(jié)果，由礦房開采所形成的圍巖松動圈和應(yīng)力應(yīng)變拱范圍顯著受采長這一因素變化的影響，而幾乎不受采高的影響。同時推斷-500m分段礦房開采未對整體圍巖產(chǎn)生明顯擾動的原因是模擬中-500 m 分段開挖的礦房均已在- 480 m分段礦房開采形成的巖體松動圈內(nèi)，在松動圈內(nèi)的巖體，其所受壓應(yīng)力大幅低于松動圈外部平衡地應(yīng)力，并與圈外巖體相對獨立，只要后續(xù)礦房開采形成的新應(yīng)力應(yīng)變拱仍未超出先前的應(yīng)力應(yīng)變拱范圍，就基本不會對外部圍巖造成損傷影響。且松動圈巖體以外的圍巖承受的壓應(yīng)力值較高，尤以左右兩邊幫為甚，因此采用無底柱分段崩落法開采的礦山應(yīng)當(dāng)特別注意最大應(yīng)力應(yīng)變拱的平衡狀態(tài)及范圍大小，并在應(yīng)力應(yīng)變拱形成的圈外圍巖和左右邊幫圍巖加強(qiáng)支護(hù)。

3 結(jié)論

（1）在無底柱分段崩落法開采礦體過程中，空區(qū)上覆巖體會逐步形成應(yīng)力拱和應(yīng)變拱，且其范圍均隨開采逐漸擴(kuò)大，同時在形態(tài)以及發(fā)展趨勢上都高度對應(yīng)；應(yīng)力拱在不同拱高內(nèi)的最大主應(yīng)力值存在明顯的區(qū)間性，越往外越接近原始地層的最大主應(yīng)力；在同一分段礦房的開采過程中，每次礦房開采后，新形成的壓應(yīng)力拱與之前相比，除了拱徑擴(kuò)大外，其應(yīng)力平衡狀態(tài)并未發(fā)生改變。

（2）利用-480 m分段中5 個礦房開采形成的導(dǎo)水裂隙帶高度模擬結(jié)果（3.9、12.8、21.1、31.4、42.3 m）進(jìn)行了線性函數(shù)擬合。得出程潮鐵礦采用無底柱分段崩落法開采，當(dāng)進(jìn)行單分段礦房開挖且該礦房上覆圍巖未經(jīng)開采時，其上覆巖體形成的導(dǎo)水裂隙帶高度范圍y隨采長x的變化函數(shù)，此函數(shù)有助于礦山后續(xù)生產(chǎn)時確定空區(qū)上覆圍巖移動及損傷范圍。

（3）松動圈內(nèi)的巖體與圈外巖體相對獨立，其所受壓應(yīng)力是大幅低于松動圈外部平衡地應(yīng)力的，只要其開采形成的應(yīng)力應(yīng)變拱仍未超出原先的應(yīng)力應(yīng)變拱范圍，就基本不會對外部圍巖造成損傷影響。因此采用無底柱分段崩落法開采的礦山應(yīng)當(dāng)特別注意最大應(yīng)力應(yīng)變拱的平衡狀態(tài)及范圍大小，并在應(yīng)力應(yīng)變拱形成的圈外圍巖和左右邊幫圍巖加強(qiáng)支護(hù)。