深井矿山复杂边界矿柱回采研究

采用充填法两步骤回采的深井矿山,由于采场爆破设计、现场施工偏差或采空区的部分垮塌等原因,矿柱边界会极不规则,回采时往往存在充填体部分垮塌、矿柱贫损严重等问题。结合冬瓜山铜矿实际,在采用RFPA2D软件对矿柱进行稳定性模拟分析的基础上,利用CMS实测得到的空区数据,借助Surpac软件建立-730水平2个相邻采空区的三维模型;通过将空区模型与矿柱设计模型复合,得到了实际可供开采的矿柱设计模型;分析预测了矿柱回采时爆破动载对充填体的影响,阐述了边界炮孔到充填体距离、边界孔装药的选择与矿柱回采的密切关系;利用Surpac软件剖切得到的矿柱剖面作为爆破设计的依据,获得了爆破设计的合理范围,实现了矿柱的优化回采。     

深井回采过程矿柱与围岩破坏预测及可视化验证

针对某地下金属矿山深井"隔一采一"方式回采过程形成的单面临空矿柱,运用Midas/GTS软件建立数值模拟模型,通过数值模拟,揭示矿柱及围岩的应力、位移、塑性区的变化情况,对回采过程中矿柱及围岩可能出现的破坏区域进行分析和预测;采用空区三维激光探测技术和空区三维建模技术,快速而准确的获得采空区和矿柱三维形态,实现了对"隔一采一"方式回采过程单面临空矿柱及围岩破坏数值模拟结果的可视化验证.实践证明,上述方法为分析和预测类似深井矿山回采过程矿柱及围岩破坏位置预测开辟了新的途径,对指导矿山下一步爆破设计和安全高效开采具有重要的现实意义.     

CMS辅助金属矿山采空区回采技术研究

金属矿山采空区回采设计传统上使用的是二维的方法,采用空区三维激光精密探测系统(CMS)对金属矿开采形成的采空区进行精密探测,以探测数据为基础运用大型矿床建模软件SURPAC建立与矿山实际坐标完全一致的空区三维模型。在此基础上将建立的空区探测模型与采场设计单元模型复合,并通过模型间的布尔运算,计算出采场的存留矿量、回采总量等指标。用SURPAC对实际探测获得的空区模型进行剖切,并将剖切所获得的剖面与采场施工设计剖面进行对比,分析顶板巷道工程的安全状况,从而为矿山进一步改进采场回采设计和进行安全控制提供第一手资料。     

基于CMS空区探测的贫损控制技术

运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合我国大爆破采场分段爆破实际,研究形成了一种基于CMS空区探测的贫损控制技术。采用CMS对采场首爆区进行三维探测,运用Surpac构建空区三维可视化模型,准确获取采场空区三维形态和实际边界,并与设计边界进行对比,利用对比结果优化下步骤回采爆破参数设计,从而达到控制矿石贫化、损失的目的。实践应用表明,该方法获得的采场空区信息可靠,采场边界准确,可有效指导采场下步骤回采,有效降低采场贫化和损失,提高资源回收率。     

CMS在矿山开采安全中的应用

空区三维激光探测系统(CavityMonitoringSystem,简称CMS)可有效地获取采空区的三维形态和空间位置,具有探测效率高、可视化效果好的特点。在介绍CMS的基本原理及探测方法的基础上,结合实例从采空区顶板巷道安全分析、辅助矿柱安全回采爆破设计、空区变形动态监测以及空区稳定性数值模拟分析等方面,阐述了CMS在国内金属矿山开采安全中的应用研究成果。实践表明,CMS是矿山实施安全高效开采的有效辅助手段之一,在矿山安全开采领域具有一定实际应用价值。     

一种新颖的采场存留矿量可视化计算方法

存留矿量因直接关系到矿床资源的回收程度而被视为是衡量采场回采质量的一个重要指标。针对我国目前对采场存留矿量缺乏有效计算方法这一现实,综合运用空区三维精密探测系统CMS(Cavity Monitoring System)和SURPAC等数字化手段,研究形成了一种新颖的基于采空区三维精密探测的采场存留矿量可视化计算方法,即先采用CMS空区探测系统对采空区进行三维精密探测;然后以空区实测数据和采场回采设计资料为依据,运用SURPAC软件分别构建采空区、采场回采设计单元和采场底部结构的三维模型;以此为基础,建立采场底部存留矿石的三维实体模型,准确地获取存留矿石在采场底部的空间分布及体积大小,进而计算出存留在采空区中的矿量。实际应用表明,该方法实用可靠,从而为矿山准确计算存留矿量提供了一种有效的技术手段。     

基于CMS的采场回采质量评价方法及应用研究

针对传统采场回采质量评价中相关数据难于获取,回采质量指标只能靠经验来推测的现状,提出了基于CMS的采场回采质量评价方法。该方法运用CMS三维激光探测系统准确获取采场回采过程中的三维空间数据,基于三维空间数据处理技术,应用geomagic软件构建采场回采过程中的3D数据库,并通过引入矿体采空区复合三维模型,精确地得到了采场的超、欠挖量,进而获得采场回采过程中的贫化和损失等参数。将该方法应用到金厂沟梁金矿7181采场,得到其爆破后采场矿石的损失率为22.5%,贫化率为7.11%,为该采场的爆破参数优化提供了相应的数据支撑。     

露天转地下开采隔层厚度安全分析

针对露天转地下开采隔层厚度的确定问题,以湖北省某铜矿为例,优选鲁佩涅依特理论估算法得出隔层厚度的安全阈值为67.85 m.运用有限元数值分析软件Phase2D进行模拟,得出隔层厚度70 m时地下采场回采引起露天坑底的最大岩移达到10 cm,从而验证了理论估算值的合理性;确定了围岩的塑性变形区域,为地下采场的安全回采设计及支护提供了可靠的技术支撑.综合利用三维空区监测系统(CMS)和大型矿业软件Surpac,获取了露天坑和采空区可视化三维形态;对探测模型在敏感点进行剖切,将三维模型转化成二维剖面,实现隔层厚度的精确测量.研究表明,该矿山隔层厚度已至安全临界值,露天回采应该立即闭坑.     

普得铁矿残矿回采时岩体稳定性综合评价

使用RMR岩体分类和Q系统分类分析普得铁矿的整体稳定性,并用三维计算机数值模拟残矿回采过程中的应力分布情况。将以上三者得出的结果进行比较,得出普得铁矿残矿回采时岩体稳定性的综合评价,并对采场下一步生产回采做出合理建议。分析结果表明,RMR和Q系统分类所得出的结论与普得铁矿实际开采稳定性情况相吻合。将以上2种评价方法与有限元数值模拟方法相结合,可以更准确地分析岩体的稳定性,对今后预测评价岩体稳定性工作发挥重要作用。     

基于3DEC的采空区稳定性分析

针对湖北三鑫公司金铜矿山调查采空区和变形、应力、破坏区及采空区周围的稳定性,并定位采空区的位置。根据地层信息、地质构造、采空区、溶洞、地应力测量和完整的岩石和间断界面的地质力学性能,利用3DEC软件建立三维数值模型,加载采空区周围的应力和变形条件以及岩体有限大小的连续性和相当复杂的三维地质进行了模拟。结果表明,该地区可以有拉伸或剪切的失败和高变形。在AGI实测基础上,利用3DEC数值模拟,通过预测结果与实际沉陷情况的比较,验证3DEC系统在开采沉陷预测中的适用性,证明其能较好地反映开采沉陷实际情况。     

动静组合作用下大跨度凿岩硐室稳定性分析

安徽某铜矿采用大直径垂直深孔阶段矿房法开采，首采采场开采深度为800 m，跨度达到30 m，爆破振动对周边岩体及采场结构产生了极大扰动，加之大爆破过程引发岩体能量的释放和转移，极有可能形成采场主要结构失稳，威胁回采安全。为研究大跨度凿岩硐室在动静组合作用下的稳定性，依据矿山实际情况，利用FLAC3D 5.0数值模拟软件对该矿首采矿段201大跨度凿岩硐室在动静荷载组合作用下的稳定性进行了数值模拟分析，并与现场监测结果进行了对比。研究表明：开采过程中，最大主应力以及塑性区主要集中于条柱上，顶板在失去条柱支撑后位移增加较大，条柱支撑作用明显；开采结束后，条柱全部回采，顶板位移达到最大值，间柱成为主要支撑结构，整个开采过程中凿岩硐室较为稳定，分析结果与监测结果相吻合。建议后续开采之前适当增加凿岩硐室条柱宽度并实施锚网联合支护以提高抗压能力；通过优化爆破参数降低爆破振动对顶板的影响，并对凿岩硐室中间区域的顶板施加长锚索支护；对模拟分析和监测中容易出现破坏的区域进行布点监测，为后续开采中地压灾害防治提供有价值的信息。     

司家营铁矿南区充填采矿参数优化设计

针对司家营铁矿南区采用的阶段嗣后充填法采矿开展可行性论证以及采场参数优化设计研究。首先,在矿区工程地质条件研究的基础上,借助于工程类比和采矿初步设计,确定了可采用的回采方案和参数的变化范围;其次,根据参数的选取范围,建立正交数值模型,进行16组正交数值分析;第三,根据数值模拟获得不同组合参数采场稳定性与岩移参数,采用回归分析,建立采场安全度和岩移参数与采场设计参数之间的函数关系;第四,以盘区采矿经济效益为优化目标,以采场稳定性和岩移控制为约束条件建立优化模型,实现对南区采场结构参数优化决策。最后,对优化设计参数进行数值分析,研究和评价南区充填法开采的地表沉降、采场稳定性以及采矿经济效益。     

马钢凹山露天采场南帮边坡监测及稳定性分析

针对马钢南山铁矿凹山采场开采深度加大,边坡失稳问题日益突出的现状,通过采场边坡围岩应力监测及深部岩体位移监测,得到深部岩体位移和围岩应力变化的趋势、范围,同时得出爆破震动对边坡稳定性的影响程度,并对边坡的稳定性做出评价。基于FLAC3D数值分析软件,模拟矿区开采,得到开采过程中的边坡应力、位移变化情况,通过与之前边坡监测得到的稳定性评价结果进行对比,进一步验证了边坡稳定的可靠性。得出结论：凹山采场如继续向下开采,需加强监测或者加固边坡后再向下开挖。     

三山岛金矿深部采场动力灾害监测与分析

三山岛金矿属于典型海底开采金属矿山,现已进入深部开采,采场地压显现活动增多,深部区域矿体开采过程中诱发动力灾害的监测技术亟待提升解决。选取三山岛金矿典型采场作为试验采场,构建爆破模型;同时确定监测区域,采用局域式微震监测技术进行监测,对采场开采过程围岩受应力变化及爆破扰动造成岩体微破裂事件进行监测分析,结果表明现有扇形中深孔爆破参数较合理,并可适当降低炸药单耗;此外,监测区域内岩体稳定性较好,开采诱发应力急剧增加并释放的可能性较低,但爆破落矿区域存在的安全风险较高。研究结果能够对开采过程的采场围岩稳定性进行有效评价和精确预测分析。     

某矿山崩落法和充填法联合开采采场地压分析

某矿山采用无底柱分段崩落法和充填法联合开采。研究两种方法同时开采时采场地压的变化及采场稳定性问题,运用FLAC~(3D)数值模拟技术对该矿山采场地压的演化规律进行模拟研究并利用微震监测技术验证模拟结果。研究表明,该矿山上部矿体随着无底柱分段崩落法的进行,下部胶结充填体的稳定性得到显著提高,下部充填采场矿柱受力整体呈下降趋势,且无底柱分段崩落法开采结束后,下部充填采场矿柱的垂直应力下降了约35%。由此可见采用无底柱分段崩落法开采能有效缓解下部充填采场的地压,有利于提高采场的稳定性。     

嗣后充填采场爆破与充填体稳定协同效应研究

嗣后充填采场二步采过程中,兼顾爆破破碎效果和充填体稳定对于矿山高效、安全开采有重要意义。通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验获得矿石和充填体的动力学参数,以此为基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔底距、排间距和充填体保护层厚度等多种方案的爆破效果及充填体响应进行模拟分析,并通过山东金鼎铁矿现场爆破监测数据,拟合了质点振动速度的萨道夫斯基公式,结合数值模拟结果,分析应用数值模拟的可行性。研究结果表明：①50.3%品位磁铁矿动态抗压强度为53.8 MPa、动态弹性模量为21.6 GPa、动态抗拉强度为11.7 MPa,充填体平均动态抗压强度约为6.19 MPa;②爆破效果数值模拟显示,孔底距2.9~3.1 m、排间距1.8 m、保护层厚度大于等于1.5 m的爆破方案炸药能量利用最充分,爆破效果最好,且充填体最大振动速度小于12 cm/s,满足爆破安全规程的要求,能保证充填体稳定;③拟合公式推算结果和数值模拟结果基本一致,ANSYS/LS-DYNA软件用于模拟地下深孔爆破效果及充填体稳定性可以获得较为理想的效果。     

用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。     

萨热克铜矿采场爆破对相邻采场的影响

地下矿山采场爆破对相邻采场围岩的稳定性造成扰动是不可避免的,当爆破单段起爆药量过大时,采场容易出现片帮或冒顶。因此研究地下采场回采时爆破振动对相邻采场的影响,从而保证地下采场的安全和稳定是很有必要的。结合新疆萨热克铜矿生产情况,采用现场爆破振动测试和数值模拟分析相结合的方法研究萨热克铜矿地下采场爆破振动对相邻采场围岩的影响,利用萨道夫斯基经验公式对测试数据回归分析,得出地震波传播衰减公式。数值模拟研究爆破过程中邻近洞室的质点振动速度特点,相邻采场洞壁动应力分布规律以及爆破动应力与振动速度的关系。     

地应力作用下采场动静稳定性数值模拟研究

为研究地应力作用下地下金属矿山采场不稳固现象及灾变机理,以云南狮子山铜矿16中段29-38^#采场为研究对象,数值模拟并分析了采后结构的静力稳定性以及地应力-爆破耦合作用下的动静稳定性。结果表明,矿柱邻近大补偿空间区域应力集中程度最高,为最危险区域; 采场围岩损伤为较高应力集中下地应力-爆破应力波耦合作用的结果,大补偿空间爆破开挖是采场不稳定的直接原因。为提高采场结构稳定性,应尽量减小补偿空间尺寸,并尽可能将补偿空间均匀布置于矿房之内。     

缓倾斜薄矿体采场极限暴露面积与参数优化

针对大厂铜坑矿锌铜矿体的工程地质条件和缓倾斜薄矿体的赋存特征, 运用Mathew稳定图法及正交数值模拟的研究方法, 获得了极限暴露面积下的力学特征规律, 综合确定了采场的极限暴露面积。结果显示, 保障矿山采场稳定的条件下, 在采场长度为30 m和40 m时, Mathew稳定图法得出最大暴露面积分别为924.32 m²和980.64m²2; 数值模拟计算的极限暴露面积介于900～1 000m²; 为实现矿山开采的安全, 确定锌铜矿采场极限暴露面积为900m²。研究结果表明, 通过两种方法, 可以实现数据的相互验证和决策, 能够在保障矿山采场安全开采条件下合理确定矿山的极限暴露面积。