基于FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。     

山东某铁矿矿柱回采及稳定性研究

为了避免高品位矿石浪费,对山东某铁矿的保安矿柱 进行了回采方案研究,应用简支梁模型计算矿房顶板应力、 应变规律,同时利用概率积分法建立地表下沉盆地剖面方 程,对地表下沉位移进行计算求解;在理论分析的基础上,利 用 FLAC3D数值模拟软件对预留矿柱内矿房回采充填前后 的采场稳定性进行评价,同时对矿柱回采造成的地表位移与 含水层位移进行分析。研究表明:①理论计算得到矿柱回采 完成后顶板最大竖直位移为11.8 mm,地表沉降最大值为 16.7mm,地表最大倾斜为i=0.03mm/m 远小于Ⅱ级建筑 允许值i=3 mm/m;② 数值模拟结果显示,回采全部矿房 后,矿房顶板下沉最大值为 37.49 mm,地表位移最大值为 10.6mm,含水区最大位移为14.03mm,护顶矿柱最大位移 为17.72mm;③数值模拟矿房全部回采后采场整体应力较 低且均匀分布,无应力集中,且无塑性区分布,采场稳定性良 好;④理论计算与数值模拟结果表明,矿柱内矿房全部回采 对矿房、地表、含水层和护顶柱均无显著影响,嗣后胶结充填 保证了矿柱回采的安全性。     

阶段空场嗣后充填法采场结构参数及充填配比优化

结合金山店铁矿张福山矿区的开采实际,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件,对比分析了不同矿房结构参数、不同充填配比的嗣后充填法回采充填过程的采场围岩应力、变形及塑性区分布情况。研究表明:在相同充填配比下,矿柱宽度从15 m增加到18 m,矿柱承受的最大应力值由23.3 MPa减少到23.1 MPa,顶板下沉位移由22.2 mm增加到27.7 mm;充填体的强度由2.4 MPa增加到3.8 MPa,矿柱两侧围岩承受的最大应力值由16.3 MPa降低到15.9MPa,顶板下沉位移由413.4 mm减少到104.3 mm。经综合分析比较,确定合理的矿房、矿柱宽度为15 m,充填配比为1∶8。     

阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性研究

某铁矿采用阶段空场嗣后充填法开采,目前-450 m首采中段的回采工作即将结束,拟在-390 m新中段的开拓中将阶段高度从原来的60 m提高到90 m,阶段高度提高了50%。为了研究急倾斜厚大矿体在阶段 空场嗣后充填法开采条件下的应力变形规律,采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,考虑了首采中段和多盘区对新中段回采充填的影响,通过分析得到了采场矿柱和围岩的应力与变形规律。结果表明：在阶段 高度提升后的新中段回采充填过程中,矿柱被揭露后矿柱内的应力会大幅增加,并随应力集中程度增加而导致矿柱的剪切破坏;采场内最大变形出现在中间盘区矿房顶板,最大主应力及塑性区主要出现在中间矿柱的 中下位置,最大主应力、沉降变形及塑性区呈中间大两边小的对称性分布,最小主应力出现在两边矿房顶角处;盘区矿房采用间隔回采形成的最小主应力和沉降变形小于顺序开采,矿房的回采顺序对最大主应力的影 响较小;随着矿柱宽度增加,采场内最大最小主应力、变形值及塑性区范围呈逐渐减小的趋势。研究成果对国内外采用空场嗣后充填法开采的同类型矿山具有借鉴意义。     

不同地质条件下的采场结构参数优化

为了确定不同地质条件下较为合理的采场结构参数,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对不同矿岩稳定性条件下的采场跨度进行选择与优化。以程潮铁矿西区作为研究的工程背景,采用简支梁理论、矿房宽度计算公式对合理跨度与临界跨度进行了计算,并通过FLAC3D数值模拟软件对不同跨度参数的采场稳定性进行了分析。结果表明：矿岩条件为稳固、中等稳固、稳固性较差时的矿房合理跨度分别为18.87、14.93、8.08 m。多矿房回采,位移及拉应力的最大值通常出现在区域中间部位,且矿房跨度的增加极易引起开采区域最大沉降值的迅速增加。矿柱顶板沉降值对矿房跨度也非常敏感。数值模拟结果与理论计算值相符,这表明数值模拟能很好地反映地下开采的真实状态,为采场结构参数确定提供依据。     

深埋厚大矿体采场结构参数优化

合理的采场结构参数可使采场处于有利的力学状态,使围岩的应力、应变分布趋于均匀化,在保证开采系统稳定和生产安全的前提下,减少支护工作量,提高采矿强度和生产效率。在深入分析思山岭铁矿地质概况与采矿方法的基础上,对影响矿房回采稳定性的矿房高度、矿房宽度、采场长度、矿柱宽度、矿柱充填方式等5个关键因素进行2水平正交设计,获得8种试验方案。运用大型岩土软件FLAC3D对盘区内不同方案的采场结构参数进行数值模拟研究,分析其在不同结构参数下应力、位移、塑性区等特征,初步得出采场处于最有利力学状态时的结构参数方案(采场高60 m、采场长60 m,矿房宽18 m、矿柱宽20 m的参数方案)。计算结果表明:回采过程中,采场长度对顶板应力和顶板位移的影响最大,采场越长,应力值越大,且压应力主要在盘区间柱集中,顶底板处出现拉应力集中。分析结果可为盘区矿房矿柱的安全高效回采提供技术支持。     

某铜矿采场结构参数优化

某铜矿现采用露天开采,考虑资源接替,须尽快实现地下开采达产,而合理的采场结构参数是矿山顺利实现地采达产的重要保证。根据铜矿赋存条件和矿体特征,分别设计了方案1(矿柱跨度为15m,矿房跨度为15m)、方案2(矿柱跨度为12m,矿房跨度为18m)和方案3(矿柱跨度为10m,矿房跨度为20m)。采用FLAC3D数值模拟软件对3种方案进行数值模拟研究,从位移、应力以及塑性区3个方面进行计算分析,确定了有利于采场稳定的结构参数。研究表明:方案2既能保证采场安全,又可高效生产。研究结果可为国内外分段空场嗣后充填法推广应用提供一定的理论参考依据。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

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”.     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

大直径深孔阶段空场嗣后充填法隔离矿柱合理间距研究

基于安徽某铜矿大直径深孔阶段空场嗣后充填法开采技术条件,根据矿柱安全系数公式计算出隔离矿柱合理宽度为20 m左右,运用材料力学简支梁平衡理论分析计算了隔离矿柱合理间距为60～65 m。以理论计算值为依据 ,数值模拟中采用3种方案分析不同隔离矿柱间距参数下矿岩的应力和位移变化规律。研究结果表明:当隔离矿柱宽度为20 m时,矿体开挖后在采场顶底板表现为拉应力状态,在隔离矿柱处表现为压应力状态,且应力和位移随着隔离矿柱间距的增大而增大,尤其是当隔离矿柱间距为70 m时,采场应力和位移明显增大,矿柱剪切破坏的程度加大,且顶板安全率小于1,因此间距为65 m时是较为合理的,计算结果符合矿山实际。     

近距离煤层综采工作面侧向压力分布规律

为确定木瓜煤矿近距离煤层综采工作面区段煤柱的合理宽度,基于矿山压力与岩层控制理论,建立了侧向岩层断裂的三角块结构力学模型,确定基本顶沿工作面推进方向断裂长度和沿侧向断裂跨度为11.9 m,三角块在煤体中的断裂位置为11.5 m;同时应用数值模拟的方法,建立采场三维力学模型,得出随采场推进巷道侧向支承压力峰值为20 MPa、应力集中系数最高2.55和塑性区范围10 m左右,最终确定区段煤柱的合理宽度为18 m,经现场检验回采巷道受综采工作面采动影响小。     

大规模充填采矿采场稳定性研究与结构参数优化

甲玛铜多金属矿二期地下开采采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,为有效控制地压灾害,实现矿体安全高效开采,采用理论计算、Mathews稳定图和FLAC3D数值模拟多种方法对采场顶板及矿柱的稳定性进行综合研究,在此基础上确定合理的采场结构参数。结果表明,12 m、15 m和18 m的采场宽度均能满足矿柱稳定的要求;当采场宽度为18 m时,最大允许采场长度为77.3 m;当采场长度为60 m时,最大允许采场宽度为22.4 m。综合考虑采场稳定性以及深部高应力环境等因素,甲玛铜多金属矿采场宽度采用15 m较为合适,推荐的采场结构参数为15 m×60 m。     

马路坪矿中深孔分段矿房不同跨度的稳定性分析

马路坪矿是世界少有、国内目前唯一不经选矿便可直接生产高浓度磷肥的优质原料产地,矿山采用脉内采准中深孔落矿嗣后充填采矿法开采。通过FLAC3D有限差分软件,分析分段采场不同开采跨度下的采场位移与变形特征、顶板最大主应力、顶板垂直应力分布、采场塑性区分布等数值计算结果,得出合理的采场跨度为20 m。     

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。     

露地联采采场结构参数优化研究

境界顶柱和采场结构参数设置关系到露天和地下联合开采矿山的安全和资源回收率,科学设置采场结构参数具有重要的工程价值。本文以某矿露天地下联合开采工程为背景,在理论分析法计算矿房宽度基础上,结合有关研究成果和矿山开采实际,设计12种境界顶柱和矿房宽度组合方案,采用FLAC3D数值计算软件模拟分析分步开采过程中关键监测点的位移、剪应变增量和塑性区变化规律,探索最佳顶柱厚度和矿房宽度组合。结果表明,随境界顶柱厚度增加,矿房宽度可相应增大,但增大程度有限,矿房极限宽度为18m;矿山最佳方案为境界顶柱50m和矿房宽度15m,30m顶柱15m矿房宽方案次之。     

某铝土矿采场结构参数优化数值模拟

采场结构参数是地下矿山开采中影响开采安全和回采效率的重要因素,合理选择采场的结构参数是矿山亟需解决的技术难题。以某铝土矿采场结构参数优化为研究对象,综合分析了某铝土矿矿体的赋存条件,采用FLAC3D三维数值模拟软件,构建了直接顶板为土状岩体的铝土矿分条回采模型。为确定较为合理的采场结构参数,分别选取7、9、11 m三种采场开挖方案,分析了不同结构参数下的围岩变形、应力分布和塑性区分布特征。对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化。结果表明,7 m跨度下采场整体处于稳定状态;当跨度增加到9 m,采场顶板出现一定的塑性区;当跨度继续增加到11 m,采场顶板的塑性区范围和位移量进一步增大,采场中间存在沿条带方向出现垮冒的风险。因此,为了保证采场稳定性与安全,建议采场跨度选择9 m。研究结果为类似铝土矿矿山采场结构参数的确定具有借鉴意义。     

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。