急倾斜薄矿脉崩落法开采矿岩散体流动规律研究

针对急倾斜薄矿脉破碎矿体的开采技术条件，采用无底柱分段崩落法开采工艺，利用崩落矿岩散体充填采空区，可有效减缓上下盘围岩的垮落，保证作业人员安全，但覆岩下放矿又带来了矿石损失贫化的新问题。为此，本文采用室内相似物理模型试验，开展倾斜边壁窄小空间条件下的矿岩散体流动规律研究。试验结果表明：受倾斜边壁影响，放矿过程中矿岩散体的流轴迅速向矿体上盘边壁靠近，放出体发生变异，随着累计放出矿量的增加，放出体呈“侵入状”沿上盘倾斜边壁发展，得到了放出体宽度和放出体高度与累计放出矿量的关系。依据放出体的形态特征，将倾斜边壁窄小空间条件下放矿过程中的散体移动区域划分为放矿口控制区、过渡区和倾斜边壁控制区三个典型区域，由试验得到放矿口控制区范围为Z＜10cm，过渡区范围为10cm≤Z＜32cm，倾斜边壁控制区范围为Z≥32cm，且无底柱分段崩落法的分段高度不易超过过渡区范围。     

急倾斜中厚矿体矿石损失测定及其原因相似模拟分析

急倾斜中厚矿体条件下无底柱分段崩落法的矿山普遍存在矿石损失和贫化严重等突出问题。针对尖山矿区矿石损失贫化情况,运用相似模拟实验进行研究分析,研究表明,无底柱分段崩落法在放矿过程中放出体在矿石散体中所占体积很小,当矿体倾角不足时,下盘斜壁会大大缩短顶部废石在放矿过程中到达放出口的时间,当放出矿量不多时就有废石混入,从而造成了矿石贫化。     

无底柱分段崩落法斜壁边界条件放矿实验

为了研究无底柱分段崩落法斜壁边界条件下矿石散体的移动规律,开展了斜壁边界条件下的底部放矿实验。按照1∶25的几何相似比,制作了无底柱分段崩落法斜壁边界条件下底部放矿模型,根据矿山现场矿石块度级配,制备了对应级配的矿石散体材料及流动性与散体材料一致的标志颗粒。在实验数据的基础上,绘制了各水平层标志颗粒放出量曲线图,分析了矿体厚度和上下盘边壁对散体流动规律的影响。结果表明,矿体厚度对散体流动规律影响较小,在上下盘边壁的约束作用下,同一水平层,越靠近上盘的散体越先被放出。结果对无底柱分段崩落法放矿工艺的研究和应用具有一定指导意义。     

导流放矿技术在谦比希铜矿的应用

赞比亚谦比希铜矿主采区Ⅴ盘区为倾斜中厚矿体,矿岩中等稳固,应用无底柱分段崩落法开采,生产中出现的矿石损失贫化较大问题,多年来一直末得到很好解决.本文从研究倾斜壁边界条件下废石漏斗的形成过程入手,查明了覆盖层废石沿上盘边壁快速到达出矿口,是导致下盘残留体过大的直接原因.由此提出导流放矿技术措施,即在采场顶部预留上盘三角矿柱,只在下盘侧与上分段采场崩透,形成导流口,将散体重力流在放矿初期引向采场的下盘侧,以此减缓顶部废石的下移速度,该措施在谦比希实施后,试验采场的矿石损失贫化率约降低6个百分点,取得了良好的技术经济效果.     

穿脉漏斗放矿底部结构在急倾斜薄矿脉干式充填机械化开采中的应用

本文介绍了对急倾斜薄矿脉实现机械化开采后,选择与其相适应的合理的采场底部结构来提高劳动生产率,降低损失、贫化的经验。实践已证明,红花沟金矿用穿脉漏斗放矿的底部结构取代以前沿用的脉内漏斗放矿是成功的。     

水平分段综放开采顶煤放出体理论计算模型

水平分段综放开采是急倾斜特厚煤层的主要开采方法之一。水平分段综放开采工作面相对较短，导致顶、底板边壁对放煤规律的影响较大。基于BBR理论，采用Bergmark-Roos (B-R)模型分析了存在倾斜边壁影响时的顶煤运移规律及放出体形态变化机理;建立了水平分段综放开采受顶、底板侧边壁影响的放出体理论计算模型，推导了包含轴倾角参数的放出体边界方程;通过颗粒流离散元数值分析得出了轴倾角参数与边界条件的定量关系，采用物理相似实验数据对理论模型进行了验证，提出了不同煤层倾角范围内的合理分段高度及放煤方式优化建议。研究结果表明:倾斜边壁的存在使得散体顶煤受到更大的横向应力，从而改变了顶煤颗粒运移加速度的方向;近边壁处放煤口两侧散体顶煤递补潜力的差异，导致其运移加速度的大小不同;顶煤加速度大小和方向的改变导致放出体轴线方向偏离重力方向。受倾斜边壁影响，放出体形态在轴线两侧呈现非对称性，与近底板侧相比，近顶板侧放出体受边界影响的程度更大;放出体轴倾角β随着煤层倾角的增大呈线性增大关系。随着不放煤段长度的增大，近顶、底板侧放出体的轴倾角均逐渐趋近于90°。物理模拟试验结果验证了理论模型的准确性;采用“底...     

急斜薄矿脉崩落矿岩散体流动规律研究

基于内蒙古某金矿实际地质条件及矿岩物理性质,采用颗粒离散元法,对急斜薄矿脉崩落矿岩散体的流动规律进行数值模拟研究。研究结果表明,其颗粒的运动模型可分为倾斜边壁控制区、过渡区及自由下落区;其力的传递模型可分为均匀接触力区、卸压区及不稳定力拱区。在此基础上分析了矿岩摩擦角的变化对放矿过程的影响,尤其是对放矿过程中贫化三角矿体的大小及颗粒间接触力的影响。分析结果表明：1)上下盘围岩的摩擦角δ与矿石散体的摩擦角φ之比越大,贫化三角矿体积越大;2)颗粒间摩擦角越大,则颗粒间接触力越大,放矿过程中不稳定力拱的产生与崩塌越频繁,越容易产生稳定拱。最终,根据所得研究结果,提出了优化采场结构参数,降低矿石损失贫化的方法。     

兰尖铁矿无底柱分段崩落法采场结构参数研究

以兰尖铁矿尖山矿区1 300 m标高以上挂帮中厚矿体为研究背景,对倾斜边界条件下的无底柱分段崩落法采场结构参数进行研究。根据实验相似原理和达孔量法,通过自制立体放矿模型进行室内放矿模拟实验,根据整理出的实验数据运用3Dmine矿业工程软件建立放出体模型,并结合下盘残留情况得到尖山矿区中厚挂帮矿体20 m分段高度结构参数下的最佳放矿步距为5.2 m,崩矿步距为4 m。     

无底柱分段崩落法开采缓倾斜矿体底盘切岩研究

基于放出体形状,本文首次提出双椭球体放出体理论,并推导了切岩回采缓倾斜矿体下盘三角带矿体放出矿岩量的理论计算公式,并以回贫差为目标函数,确定每次放矿的最优步距。基于不亏本原则,确定回采下盘三角矿体的最合理切岩高度和后退距离。     

倾斜中厚矿体下盘残留体采场结构参数正交试验模拟及敏感性分析

采场结构参数对下盘残留体的影响是无底柱分段崩落法能否在倾斜中厚矿体开采时取得较好的回收指标需要研究的关键问题。以矿体倾角、分段高度、矿体厚度为因素,进行3因素4水平正交方案设计,用PFC2D模拟不同方案的残留体形态和放出的矿岩量指标,计算废石体积混入率和纯矿石体积回收率,并进行直观分析。结果表明,矿体倾角和分段高度对倾斜中厚矿体崩落法的回收指标影响最为显著,矿体厚度影响最小。     

自然崩落法漏斗放矿规律三维模拟

为了优选自然崩落法低损贫的放矿方案,引进REBOP软件开展镍矿下盘、上盘及中部多排漏斗放矿规律三维数值模拟及损贫预测。结果表明,3种方案均匀放矿30 d后放矿点上方均形成近70 m的移动单元体及超30m的放矿单元体。矿体下盘、上盘及中部放矿时平均出矿率依次为85.6%、85.4%及85.7%,出矿品位依次为0.56%、0.43%及0.47%。此外,下盘放矿时极限放出矿量及放出矿石品位均优于其他方案,且放矿周期内矿石品位均达到设计品位,故优选为最佳放矿方案。     

上盘预留矿柱回采过程中应力场演化规律研究

针对某金矿具有的缓倾斜、破碎、中厚矿体的特点,提出采用分段矿房法回采矿产资源;试验采场围岩总体稳定性较好,但矿体上盘边界是破碎蚀变带,岩石较破碎,而且矿区内地表水体较发育,上盘围岩中有含水层等特点。上盘围岩的冒落,对矿石贫化及安全采矿产生了很大影响,提出了预留上盘矿柱以减缓围岩冒落的方案。采用FLAC3D进行了回采过程中采场应力迁移、位移变化及单元破坏规律的数值计算研究。结果表明：预留2 m的矿柱有利于维持上盘的稳定性,防止塑性区域的扩大,从而达到降低矿石贫化及安全采矿的目的。     

分段空场法分区回采在芨岭铁矿的应用

甘肃金昌铁业集团公司芨岭铁矿矿体属倾斜中厚矿体。矿山主体采矿方法为分段空场法,分段高度为10 m,采用中深孔爆破回采。多年来矿石回收率一直徘徊在50%左右,贫化率高达29%左右。研究表明,分段空场法在该矿应用时存在下盘废石开挖量大、放矿时下盘矿石残留损失大、顶柱无法回收等一系列问题。针对上述主要问题,采用了分段空场法分区回采工艺。实践表明,分段空场法分区回采可使矿石回采率由50%左右提高到68%～71%,贫化率由29%降低到17%～20%,因而经济效益显著。该工艺可给类似矿山提供借鉴。     

挂帮矿开采的相似模拟试验与安全性分析

为解决程潮铁矿挂帮矿开采对地表变形和拦洪坝的影响问题,利用相似材料模拟试验方法建立挂帮矿相似模型,并对其进行充填采矿模拟试验,分析挂帮矿的开采对地表变形和拦洪坝的影响以及覆岩移动变形情况。试验结果表明：挂帮矿V₃号矿体的开采会导致拦洪坝的变形以及拦洪坝与V₃号矿体之间的围岩变形急剧增加,使拦洪坝与V₃号矿体之间的裂隙进一步扩展,危及程潮铁矿主采区的安全,建议V₃号矿体不予开采。最后分析了挂帮矿开采存在的安全隐患并提出有效的安全防治措施,这对矿山进行挂帮矿安全生产具有一定的指导意义。     

溜井底部放矿漏斗角对矿石流动性的影响研究

为研究溜井底部放矿漏斗角对矿石流动性的影响,以金山店铁矿-480~-410 m段主溜井为工程背景,采用PFC2D离散元软件对放矿漏斗角分别为45°、50°、55°、60°、65°的主溜井放矿过程进行数值模拟。为定量描述不同放矿漏斗角下矿石流动性之间的差异,定义矿石质量流率比为矿石流动性评价指标,分析各放矿漏斗角下的矿石流动性特征,揭示放矿漏斗角对矿石流动性的影响机理。构建溜井放矿相似试验平台,进行溜井放矿相似模拟试验,计算矿石的质量流率比,并将其与数值模拟结果进行对比分析。研究结果表明：当放矿漏斗角为60°时,矿石质量流率比最大,矿石流动性最好;相似试验与数值模拟所得矿石质量流率比的变化趋势基本相同,相似试验结果能对数值模拟结果进行验证。     

地下复杂采空区引起地表塌陷渐进发展过程数值模拟研究

为了得到查干敖包铁锌矿塌陷区渐进发展情况,以现场调查为基础,建立含地下采空区、塌陷坑三维数值分析模型,模拟矿体开采情况,得到了塌陷区位移与塑性区分布情况。研究结果表明: 塌陷坑东西南三侧形成了陡立的岩体临空面,主要以倾倒形式破坏垮塌,不断向岩体临空面后侧发展; 塌陷坑北侧目前已形成了滑坡,主要以弧形滑坡形式向后侧发展; 随着地下矿体的开采,塌陷区逐渐扩大,主要发展方向为西及北西向,上盘岩体会逐渐垮塌崩落; 以塌陷区现状为基础,当井下矿体开采完毕后,上盘岩体垮塌崩落范围预测为长轴412 m、短轴312 m的椭圆形; 现有塌陷区岩体以及上盘岩体均有塑性区分布,现有塌陷坑会进一步垮塌崩落,且发展方向为上盘塑性区分布的方向。通过数值模拟分析得到的塌陷区发展方向与通过现场调查分析的结论一致。研究结果可为塌陷区治理设计提供参考。     

硬厚岩层下逆断层采动应力演化与断层活化特征

上覆硬厚岩层受逆断层切割后,工作面顶板运动、采动应力会有异常变化。采用三维数值计算方法,模拟分析了上、下盘工作面向逆断层推进过程中的采动应力演化特征、煤层顶板运动特征及断层活化规律,并采用工程实例进行了分析验证。研究表明：在逆断层切割作用下,上盘工作面围岩呈倒楔形,采动应力向底板深处、顶板高处转移,围岩应力集中程度大于下盘工作面。下盘工作面与上盘工作面相比,采动应力受工作面与断层距离的影响较大。巨厚岩浆岩及其下部岩层形成类似“杠杆”结构,造成煤层顶板的下沉和反弹。逆断层下盘工作面煤层直接顶断层带活化的可能性大于上盘工作面,高位岩浆岩断层带活化的可能性小于下盘工作面。下盘工作面与逆断层距离40 m时断层开始活化;上盘工作面与逆断层距离40 m时,煤层直接顶断层带开始活化,与逆断层距离30 m时高位岩浆岩断层带开始活化。     

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研

根据某矿山开采实际, 利用PFC^2D建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型, 分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明, 崩落法回采时, 上部隔离矿柱发生了破坏, 上盘地表出现拉应力集中, 塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前, 回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后, 上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大, 且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时, 隔离矿柱未出现整体破坏, 上下盘地表未出现明显塌陷, 上下盘地表和回填体的水平应力变化不大, 但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。     

某铜矿自然崩落法聚矿槽合理尺寸参数研究

自然崩落法矿山中聚矿槽尺寸对放矿生产有着重要作用。为明确国外某铜矿的聚矿槽合理尺寸参数，并探明聚矿槽尺寸对矿岩流动特性影响规律，本文利用PFC3D软件构建单放矿口和多放矿口两种模型进行研究。结果表明：在放矿前期，放出体形态受到聚矿槽尺寸影响较为强烈，随着放矿高度的增加，影响逐渐减弱，直至放矿高度达到150m后，聚矿槽尺寸对放出体形态及尺寸不产生影响；多放矿口同时放矿情况下，随着放矿高度的增大，各放矿口之间由相互独立放矿转变为相互影响的状态，相邻放出体也逐渐合并。同时，聚矿槽上口尺寸越小，矿岩流动越不均匀，放矿末期，顶部废石更易混入聚矿槽内；模拟得到了该矿聚矿槽上口尺寸15m时有利于减小矿石的损失和贫化。