阶段空场嗣后充填采矿法采场跨度及回采顺序优化研究

矿山开采随浅部资源的消耗而逐渐向深部发展,为了选取最优的采场参数及回采顺序,利用 FLAC３D 软件对某矿阶段空场嗣后充填采矿法在不同采场跨度和不同回采顺序条件下的采场稳定性进行了模拟分析.结果表明:跨度为１６m、１８m、２０m 和２２m 的一步骤采场开采后的应力、位移和塑性区位置分布基本相同,其中２０m 和２２m 跨度的采场在矿体上下盘出现较大的塑性区.二步骤回采矿柱时,跨度为１８m、２０m 和２２m 的矿柱采场的两侧充填体下部拉应力均超过充填体抗拉强度,会导致该区域充填体破坏.考虑现场实际情况,最终选取一步骤采场跨度和矿柱跨度均为１６m,最优回采顺序为“隔一采一”.     

基于CRITIC-TOPSIS综合评价的不同深度采场参数优化

某铁矿经过长期连续开采,开采水平逐渐加深.为了优化不同深度采场的结构参数,利用 FLAC３D 数值模拟软件对不同开采水平、不同矿房跨度下采场的顶板最大竖向位移和最大拉应力进行模拟分析,并基于 CRITICＧTOPSIS综合贴进度评价模型,对不同设计方案进行综合评价.结果表明:开采水平和矿房跨度均为影响采场稳定性的关键因素,同一开采水平下,随充填体强度的减小和矿房跨度的增大,采场顶板最大竖向位移和最大拉应力均呈增大趋势,且充填体强度为主 导 因 素;经 过 综 合 贴 进 度 评 价 模 型 分 析 可 知,－４７０m水平、－５３０m 水平和－５６０m 水平矿房的最佳跨度分别为２２m、２０m 和１８m,说明采场埋深越大,矿房跨度应越小.研究结果可为该铁矿深部采场结构参数设计提供参考.     

用沙坝矿采场顶板稳定性模拟分析

贵州开磷矿业公司用沙坝矿主体为缓倾斜矿体,采用机械化盘区分段充填采矿法开采,通过研究采场跨度与顶板稳定性之间关系确保了作业人员安全和稳定生产.建立合理矿山开采力学模型后,对不同跨度采场在未支护方案下进行数值模拟分析表明,采场整体位移变化基本服从近对称分布;靠近开挖边界处围岩位移最大,距开挖边界越远,围岩位移越小,且移动方向均指向采空区;采场跨度在20m以内,采场顶板不发生破坏;当超过25m以上时,采场顶板出现较大拉应力,顶板开始发生破坏.     

白象山铁矿采场结构参数的数值模拟优化

白象山铁矿的水文地质条件复杂,采用分层进路充填法开采。利用FLAC3D模拟软件建立流固耦合模型,分析了采场跨度、进路宽度、分层高度和充填体类型对采场顶板稳定性的影响。对模拟结果的极差分析表明,采场跨度对采场顶板的最大沉降量、最大拉应力和塑性区破坏高度起决定性作用,其次是充填体类型、分层高度和进路宽度;最优方案为采场跨度30m,进路宽度10m,分层高度10m,用灰砂比1∶8的胶结尾砂进行充填。     

基于拓展的Mathews稳定图法的采场结构参数优化

合理的采矿结构参数是保障金属矿地下开采的前提。为了优化缓倾斜破碎金矿体的采场结构参数,以采场稳定概率大于95%为目标,引进拓展的 Mathews 稳定图法来优化采场最大跨度和暴露面尺寸,并采用考虑岩梁自重的弹性力学简支梁等理论进行验证。结果表明,当采场长度80 m时,回采进路跨度小于4.36 m时即可保证采场不会破坏;当采场长度80m时,采场顶板跨度为4.3 m,采场上盘跨度为3.0 m,采场稳定概率能达到95%;优化后的上向进路充填法采场结构参数为3 m×3.5 m。现场工业试验表明,该采场结构参数条件下回采过程中采场顶板及围岩未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。因此,基于拓展的Mathews稳定图法适用于缓倾斜破碎矿体的采场结构参数优化。     

基于拓展的Mathews稳定图法的采场结构参数优化北大核心

合理的采矿结构参数是保障金属矿地下开采的前提。为了优化缓倾斜破碎金矿体的采场结构参数,以采场稳定概率大于95%为目标,引进拓展的Mathews稳定图法来优化采场最大跨度和暴露面尺寸,并采用考虑岩梁自重的弹性力学简支梁等理论进行验证。结果表明:当采场长度80 m时,回采进路跨度小于4.36 m时即可保证采场不会破坏;当采场长度80 m时,采场顶板跨度为4.3 m,采场上盘跨度为3.0 m,采场稳定概率能达到95%;优化后的上向进路充填法采场结构参数为3 m×3.5 m。现场工业试验表明:采场结构参数条件下回采过程中采场顶板及围岩未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。因此,基于拓展的Mathews稳定图法适用于缓倾斜破碎矿体的采场结构参数优化。     

崩落法采场中深孔拉槽爆破对相邻充填法采场稳定性影响研究

某镍矿1595m水平8行以东拟定采用崩落法采矿,8行以西的1610m水平以及整个1474m水平采用充填法采矿。崩落法采场首次中深孔拉槽爆破药量为2300kg,约为充填采场进路正常回采浅孔爆破药量的50倍,为分析首次中深孔拉槽爆破对1610m及1474m水平充填采场稳定性的影响,采用钻孔压力监测、巷道变形收敛监测、爆破振动监测等手段对充填采场的稳定性进行了监测与研究。分析监测数据可知:崩落法采场拉槽爆破后,与其相邻的2个充填采场钻孔压力计监测的压力值未发生显著变化,采场进路也未发生明显变形收敛;爆破振动监测仪在充填采场监测到的最大爆破振动速度均小于充填采场自身浅孔爆破监测值和相关的安全允许值。监测结果表明,1595m水平崩落法采场中深孔拉槽爆破未对其周边相邻充填采场的稳定性产生不利影响,充填采场可继续进行正常采矿作业。本研究可为该镍矿充填采场的稳定性评估提供依据,同时也可为类似矿山提供参考依据。     

基于FLAC~(3D)的毛坪矿采场结构参数优化

为提高毛坪矿的开采效率,采用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了采场进路两侧岩性、跨度和采深对采场结构稳定性的影响,并对采场结构参数进行了优化。研究表明:(1)当采场进路两侧岩性不同时,拉应力、压应力的分布范围存在差异,其破坏方式不同;(2)采场结构的稳定性随进路跨度增大而降低;(3)开采深度越大,顶板所受拉应力越大,失稳破坏的可能性也越大。     

下行中深孔空场嗣后充填采场结构参数优化研究

充填体下进行矿体回采时采场的稳定性至关重要,合理的采场结构参数对保障采场安全高效的回采起重要作用。以喀拉通克铜镍矿2_^#矿床东段矿体为工程背景,基于现场充填体假顶厚度,通过荷载传递交汇线理论、跨厚度比法、国外经验图表法和经验类比法预估采场极限跨度,并利用FLAC_^3D数值模拟软件对7 m、8 m和9 m 3种采场跨度方案进行数值模拟研究,分析不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响,确定在充填体假顶作用下最优的采场结构参数。研究结果表明：当采场跨度为8 m时,既能保证采场稳定性,又能最大程度发挥采场生产能力。     

脉外采准柱式中深孔落矿充填采矿法结构参数优化

结合沙坝土矿工程地质情况及生产要求,提出脉外采准柱式中深孔落矿嗣后充填采矿法。为保证矿区安全高效开采,借助ABAQUS数值模拟软件,模拟研究了采场跨度分别为15、20及25 m情况下顶板的位移、应力变化情况。结果显示：采场上盘围岩较下盘围岩位移量大,采场内部位移呈漏斗状曲线的均匀变化且20 m及15 m跨度下的位移量较小。3种跨度下充填体最大主应力（压应力）依次为0.67 MPa、0.69 MPa、和1.04 MPa,其中,25 m跨度下的最大主应力已接近或超过充填体抗压强度。考虑开采安全及效率,优选20 m的采场跨度为最佳采矿方案。该结果为矿山进行合理生产设计提供科学依据,通过在沙坝土矿的推广应用,该矿目前已安全高效采矿超百万吨,生产应用效果良好,达到预期目的。     

大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究

针对某金属矿长期处于大规模充填体下开采的现状,对-300 m各盘区回采期间的稳定性进行了数值模拟,分析不同方案的采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律,并综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益。分析结果表明：将E101采场作为永久性连续盘区时,回采至中期采场顶板处产生1.14 MPa的最大拉应力和75 mm的最大位移;开采后期采场顶板处产生2.30 MPa的最大拉应力和92 mm的最大位移;开采后期采场顶板的抗拉安全系数为1.53;整个顶板岩体稳定性较好,确定将E101作为盘区永久矿柱。根据盘区永久矿柱的位置,提出了4种盘区回采顺序,分析比较不同开采方案的顶板、直接顶板、矿壁及充填体稳定性,确定了从矿体中央连续永久盘区矿柱E101采场向两侧分盘区开采的回采顺序。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

胶结充填体下采场结构参数优化研究

要在大体积胶结充填体下对矿体进行安全高效地开采,合理的采场结构是采矿设计首先需要考虑的问题。在综合分析某地下矿山地质概况、开采技术条件现状的基础上,采用经验法与理论计算法对采场结构参数进行计算,提出了4种采场结构参数初步方案,建立对应的三维数值计算模型,将围岩的变形、应力分布及塑性区大小等作为衡量采场结构参数优劣的指标。根据模拟结果对比分析了各方案在矿房回采后采场围岩的力学响应情况,得到了采场处于最有利力学状态时的结构参数,结合各方案盘区矿石理论回采率,进而对采场结构方案进行了优选,即当顶柱厚度为6 m,矿房跨度38 m,矿柱宽14 m时,采场结构稳定性处于最有利状态并且具有较高的理论回采率。优化结果可为后续开采设计提供参考。     

深井硬岩矿山采场结构参数优化的数值模拟研究

本文利用有限元数值分析软件对深井硬岩矿山采场高度为80m,跨度分别为15m、20m、25m、30m四种工况下的采场稳定性进行了优化数值模拟研究,定量地计算和分析不同跨度下采场围岩的应力、位移和拉应力区的分布状况,确定了有利于采场稳定的结构参数。研究结果表明:在深井硬岩矿山中,当采场高度为80m,采场跨度为20m时,采场围岩的受力状态与整体稳定性较好。研究结果给深井硬岩矿山采场设计提供了新的思路和方法。     

连续全面回采对采场稳定性的影响

针对全面采矿法,进行连续回采,对其采场稳定性进行分析。以云南某铜矿为例,采用数值模拟手段,分析采场中的应力、位移、塑性区。得出:随着开采的推进,最大主应力和最小主应力并不是出现在采场深部,而是出现在顶底柱上,出现应力集中现象,采场中最小主应力的最小值由2.53 MPa增加至5.71 MPa,增幅为125.7%,最大主应力的最小值由6.88 MPa增加至20.11 MPa,增幅达192.3%,应力过大易造成失稳破坏;各点位移均呈增大趋势,3个顶底柱上均出现位移突然增大的现象,中部顶底柱上的最大下沉量达到47.87 mm;顶底柱上表现为剪切破坏,围岩塑性区影响范围增大,表现为剪切、拉剪、拉破坏共存的状态。应适当增大顶底柱尺寸,或者减小采场尺寸,以保证采场安全。     

六边形进路开采围岩稳定性的多因素影响分析

针对大屯锡矿进入深部开采后巷道围岩稳定性差的问题,为了保证矿山安全高效开采,本文采用数值模拟的方法分析了采场埋深、六边形矿房跨高比和侧压系数对围岩稳定性的影响。研究表明：（1）各影响因素对围岩的位移和应力均有影响,且各影响因素之间存在显著的交互作用;（2）采场埋深和侧压系数对采场围岩位移的影响较跨高比更加显著;（3）六边形矿房宽度大于高度时,两帮应力呈线性增长,跨高比对围岩应力的影响大于采场埋深和侧压系数。据此,当确定采场埋深和侧压系数后,改变六边形矿房的尺寸可以提高围岩的稳定性,研究结果对开采设计具有一定的参考价值。     

金属矿山充填体与围岩体相互作用研究综述

尾矿库失稳和采空区地表沉陷是采矿生产过程的主要伴生灾害,充填采矿法的运用可同时解决上述难题。充填体以自流、泵送或混合输送至地下采场可确保采场围岩体稳定性。其中,充填体如何与围岩体相互作用以维持围岩体的稳定性,是实现充填采矿安全开采的核心问题。从充填体充入采场后受采场条件的影响其自身发生的硬化机理和如何维持围岩稳定性两方面入手,重点论述了当前在充填体与围岩体相互作用关系方面国内外研究现状及其产生的机理,分析了充填体作为自立型人工矿柱、充填体与矿柱组合系统对围岩体的承载能力特性,并对未来重点研究方向进行了总结和展望。研究表明:研究充填体充入采场后与围岩体的相互作用过程,需充分理解充填体充入采场后所体现出的多场环境影响下的材料力学行为;分析充填体的稳定性及其功能,需要探究其力学性质的多元信息表征方法,这是实现对充填体失稳灾害可靠性预警的前提和基础;充填体充入采场后可对围岩体产生局部和区域支护作用,充填体与围岩体的相互作用关系可间接通过充填体的应力分布特征、变形特征反演围岩体的活动信息,充填体可有效控制围岩体的冒顶片帮及其岩爆灾害;通过监测充填体内部应力等信息,实现对岩体活动信息的反演和预测是未来需要研究的重点,地下采场动力扰动特性对充填体内部应力演化的影响、充填体与矿柱组合系统的稳定性和承载特性需要进一步研究,最终实现对深地充填开采方案的改进和优化,为深地矿产资源安全高效开采保驾护航。     

龙首矿西二采区回采巷道围岩松动圈现场测试分析研究

龙首矿西二采区计划在1 595m水平开展无底柱分段崩落法工业试验,并已完成了试验采场的部分采切工程,回采进路的稳定性将直接影响到该采矿方法的试验效果。分析进路围岩松动圈的分布规律并对其实际范围进行测定,对于设计和优化进路的支护方式、支护参数有着重要的指导意义。采用不连续变形分析(DDA)方法对西二采区崩落法试验采场回采进路围岩松动圈分布规律进行了模拟研究,模拟结果表明在西二采区地质条件下,回采进路顶部的围岩松动圈范围要大于进路两帮松动圈范围。在此基础上,利用RSM-SY5型超声仪对回采进路松动圈范围进行了声波测试,测试结果表明1 595m水平回采进路的松动圈范围大约在1.3～1.8m,且进路顶部的松动圈实测范围要大于进路两帮松动圈实测范围。数值模拟研究及现场测试的结果为矿山巷道支护设计及优化提供了参考依据。