基于多指标综合评价的采场结构参数及回采顺序优选

基于山东金鼎铁矿现有分段凿岩阶段矿房采矿方法和采场结构参数,设计包含3种回采顺序和3种采场跨度共9组正交试验方案,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对9组试验方案进行数值模拟研究,获得采场应力、位移大小以及塑性区分布等计算结果。在此基础上,建立基于满意度的多指标综合评价模型,选取侧壁最大主应力、顶板最大主应力、侧壁最大水平位移、顶板最大竖直位移及塑性区体积共5个指标进行多指标综合评价及敏感性分析。研究结果表明:金鼎铁矿-470m水平采用"中央推向两侧"的回采顺序时满意度最大,在总体满意度达标的前提下,考虑采充次序过程中的满意度,进而确定最优采场跨度为18m。     

复杂环境下采场结构参数优化与自适应表征分析

复杂矿体条件下的采矿结构参数是矿山合理安全开采的关键。以卧虎山矿29线附近矿体为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模数值模拟技术,精细化构建三维实体和网格模型,考虑采场跨度和高度,均匀设计15组试验方案,以岩体力学参数的中间值为计算基础参数,获得不同采场跨度和高度下采场的拉压应力、位移和塑性区分布规律,从复杂条件的参数区间自适应优化采场结构参数。研究结果表明:①矿体开挖后,采空区顶底板出现了拉应力集中,特别是在两个采空区之间所留下的间柱之间、回采采场中间的矿柱是塑性区集中区域;②分析各方案中一步骤采场回采完毕后采空区的稳定性状况,确定方案七和方案十二的采场稳定性较好;③对采场不同结构参数下自适应性表征分析,得出方案七的自适应性更强,为最佳采场结构参数,即采场长30m,跨度12. 5m,高度12. 5m,预控顶高度3. 5m。     

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。     

基于ANSYS-FLAC3D的深部采场结构参数优化研究

为了解决湘西金矿沃溪矿区在深部开采存在的采场稳定性差、顶板冒落等一系列问题, 采用有限元软件ANSYS与有限差分软件FLAC^3D耦合模拟跨度为3 m、4 m、5 m、6 m的4种采场开挖方案, 对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化, 优选出深部采场最优跨度。结果表明, 当采场跨度为4 m时, 在采场安全稳定的同时采矿效率最大化。研究结果对同类矿山深部采场结构参数选取具有借鉴意义。     

分段崩矿阶段空场嗣后充填采矿法采场结构参数的数值模拟研究

采场结构参数的优化对提高矿山生产效率、降低生产成本和保证矿山生产安全起着重要的作用。根据某矿山开采技术条件,针对采矿方法的采场结构参数,采用FLAC数值模拟软件模拟了不同采场跨度条件下的最大拉应力、竖直位移、塑性破坏区范围的大小,确定采场跨度最优为10 m,为矿山的安全高效生产提供依据。     

猫场铝土矿采场回采顺序优化研究

在矿山开采过程中,不合理的回采顺序容易导致围岩变形、位移和破坏。为有效预防该类地质灾害发生,本文采用数值模拟仿真软件对猫场铝矿条带开采嗣后充填法采场回采顺序进行优化研究。通过分析采场整体和顶底板位移大小、顶板与矿柱应力分布以及整体塑性区体积大小,研究表明：方案Ⅰ(由南至北)的回采顺序最佳,该方案下采场整体位移5.396 m、顶板位移为5.853 m、地表位移为2.854 m;顶板最小主应力为0.421 MPa,矿柱最大主应力为25.4 MPa;剪切破坏体积为0.628 m3,拉伸破坏体积0.248 m3。其中,位移与应力数值相较其他两种方案差值较小,但拉伸破坏体积差值较大,且该方案下位移、应力、塑性区体积均小于其他两种方案。因此,采用从南至北开采的回采顺序更有利于采场的稳定。     

基于修正Mathews稳定图法与FLAC3D的阿舍勒铜矿深部回采方案优化研究

随着新疆阿舍勒铜矿采深逐渐增加,矿山深部岩体愈加破碎,采场稳定性难以得到保障。为了确保深部矿床安全、高效开采,需要在工程地质调查和岩石力学参数试验的基础上,对采场结构参数与回采顺序进行优化。使用修正Mathews稳定图法,对+150 m中段采场顶板和边帮开展稳定性分析,分析结果表明：当中段高度为50 m,采场长度为矿体厚度的情况下,只需控制采场宽度小于12 m即可保证采场顶板和上盘围岩总是处于无支护稳定区,满足采场安全生产要求。为了确定采场的合理回采顺序,使用FLAC_3D有限元模拟软件分别对4种不同回采顺序进行了模拟分析,对比了不同回采顺序下采场的应力、位移、塑性区,最终确定最优回采方案为从矿体南端向北端依次回采。研究结果可为阿舍勒铜矿回采设计提供依据,并能为国内同类矿山的回采设计提供参考。     

无轨开采下采场结构参数及稳定性数值模拟

云南某矿山矿体赋存条件复杂，矿岩破碎、松软，加之后期转型采用无轨设备开采，导致采场巷道断面增大，原有的采矿工艺和采场参数已不再适用。为保证开采过程的安全，找出适合矿山生产的合理采场结构参数，研究采用3D-σ有限元模拟软件建立采场三维模型，设计不同跨度直接顶板的留点柱、留连续矿柱采场结构形式，对不同采场结构形式下矿岩的应力、安全率、塑性区进行模拟分析。结果表明：采用留点柱的采场形式时，采场内点柱尺寸不应小于2 m,矿房跨度控制在4 m为宜；采用留连续矿柱的采场形式时，采场结构参数建议留4 m宽连续矿柱，矿房跨度为5 m,采用C20混凝土进行进路式充填回采。结合采场模拟分析及矿山实际生产现状，建议采用留连续矿柱的开采方案。后续现场试验证明，该方案不仅能够保证采场结构的稳定性，达到矿山安全开采的目的，而且能有效降低矿石的损失贫化，提高矿山的经济效益。     

阶段空场嗣后充填采场结构参数优化研究

合理的采场结构参数对于保障矿山安全高效开采至关重要。以金山店铁矿为工程背景,采用简支梁理论、荷载传递线理论和厚跨比理论计算采场临界跨度,并运用FLAC3D软件对8,10,12,15m4种采场跨度方案进行数值模拟研究,从位移变化规律、围岩应力分布以及塑性区分布情况进行计算分析,确定了有利于采场结构稳定的参数。研究结果表明:当采场跨度为10 m时,既能保证采场稳定,又可高效生产,研究结果能够为国内外空场嗣后充填法推广应用提供理论参考依据。     

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。     

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。     

大冶铁矿充填法采场结构参数校核与建议

结合大冶铁矿矿床开采技术条件,对东采-180m水平空场嗣后胶结充填采矿法的采场结构参数进行了校核计算和模拟分析。首先采用力学模型法,将采场顶板简化为简支梁,计算顶板的最大跨度以确定采场结构参数范围,并对矿柱的强度进行计算。其次采用FLAC软件进行数值模拟分析,采用"隔一采一"的开采顺序对矿房和矿柱进行分步开挖,通过对应力分布规律、塑性区和位移变化规律的分析,求解安全系数,并综合开采效率和安全系数等因素,提出了大冶铁矿充填法采场结构参数范围建议。     

下向嗣后充填采场高度优化及充填配比参数设计

喀拉通克矿在350~405 m水平的矿体采用下向小分段空场嗣后充填法开采,目前采场跨度8 m,高度8 m时,采场稳定性较好。为提高矿山生产能力,增加经济效益,对采场结构参数进行优化。本文采用数值模拟手段,基于室内岩石力学试验结果,结合现场工程地质调查研究成果,制定3种模拟方案获得极限采场高度,并依据本矿山相关充填体研究成果进行优化采场充填配比参数初设。结果表明,在采场跨度8 m工况下,采场高度为14 m时,采场塑性区范围较大,位移突变较大,在采场高度12 m时,采场塑性区范围较小较为稳定,采场结构参数的优化可为矿山提高经济效益,安全防护提供可靠性的依据。     

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。     

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.     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

混凝土矿柱嗣后充填法采场稳定性监测与分析

兴隆磷矿为提高资源回收率,采用两步骤回采法,先矿柱胶结充填,后矿房废石充填。为保障作业的安全,验证胶结矿柱的强度,优化采场结构参数,采用区域的微震监测与局部的点监测相结合的方式,对胶结矿柱及顶板覆岩应力显现进行立体、实时动态监测。通过分析开采过程中获取的应力、应变及位移变化数据,得到了回采工作面前方的采动超前影响距离约为20 m;当矿房回采跨度约36 m时,覆岩累积应力集中较大,顶板局部会有冒落,但采场顶板移动诱发的应力远小于胶结混凝土矿柱强度,胶结矿柱无破坏。结果表明:采用两步骤回采嗣后充填的开采方法及采场结构参数等,能够保证采场稳定。该监测方法能够及时准确地为采场稳定性做出评价,为安全高效生产提供指导。     

分段矿房法不同分段高度稳定性的FLAC3D数值模拟分析研究

以云南某铁矿分段矿房法为研究对象,结合矿体赋存条件,通过现场工程地质调查和室内岩石力学实验,利用CAD、数值模拟软件ANSYS、FLAC3D对分段矿房法的不同分段高度进行研究,分段按照每步10m高度进行开挖,对不同分段高度下采场应力、位移、塑性区三个参数的变化进行分析。研究结果表明：当分段高度达到40m时,开挖过程中采场顶板发生了拉伸破坏区域,间柱部分有贯通的剪切破坏塑性区出现,30m分段时采场处于稳定状态,不同分段高度下采场开挖形成的最小主应力均未超出岩体的抗拉强度,采场顶底板和上下盘的竖向横向位移量均处在采场安全位移的范围内,综合分析选取最佳分段高度为30m。研究结果可对矿山的安全生产提供指导性建议,为类似矿山提供参考借鉴。     

采场顶板锚索锚杆联合支护加固效果模拟分析

工程岩体质量等级为III级和IV级的采场顶板,因其岩体破坏特点和破坏程度不同,需采取不同强度的支护方案。针对不同岩体质量等级采场顶板初选的锚索锚杆联合支护技术参数,建立数值分析模型并选取若干关键位置监测点,对模拟开采过程中的变形量、应力值、塑性区范围等进行实时监测,以反应采场顶板锚索锚杆联合支护技术方案的加固效果。通过数值模拟计算对采场顶板支护前后相关监测参数对比分析,结果表明：采场顶板区域支护后拉应力值比未支护时降低约35%,支护作业最大可降低顶板位移量48.3%,支护后顶板塑性区范围明显减少。锚索锚杆联合支护可大幅提高采场顶板的安全性,较好控制顶板应力值和位移量,保障采场内作业安全。研究结果可为类似矿山采场顶板支护方案选择和加固效果评价提供指导。     

Mathew法在矿山深部采场稳定性分析中的应用

采矿工程中采场结构参数是影响其安全和经济效益的重要因素。采用Mathew法对老厂矿13-8#矿群采场进行结构尺寸设计和稳定性分析。分析结果表明,顶板为稳固性差的玄武岩时,采场最大暴露面积为160m2,采场规格参数为8m×20m或10m×15m;顶板为较稳固的大理岩时,可采取相应的顶板控制措施,增大最大暴露面积,建议采场最大允许暴露面积控制在750m2以下,且在同等暴露面积条件下,可以通过减小采场跨度,增大采场长度来改善顶板稳固性。