基于正交试验与数值模拟的马郡城铁矿 采场结构参数优化

金属矿山开采过程中,采场结构参数影响着采场稳定性和企业经济效益,其合理设计对实现安全高效生产具有重要意义。针对马郡城铁矿矿区内东南角地表存在马郡河以及木材厂、民房等建构筑物,造成矿区10线以东矿段复杂难采的问题,基于正交试验原理对采场主要因素进行方案设计,利用ANSYS与FLAC3D耦合建模的方式对9种不同方案进行模拟,分析了采场应力—应变情况和地表沉陷规律。结果表明,各因素对地表沉陷影响主次顺序为矿块长度>间柱宽度>矿块高度,矿块高度对塑性区体积影响最为显著;确定最优采场结构参数为矿块长度40 m、矿块高度40 m、间柱宽度6 m。通过正交试验与数值模拟结合的方式在原有设计基础上对矿块参数进行了优化,对马郡城铁矿“三下”开采的采场参数设计具有指导意义。     

地下金属矿山新型无矿柱连续开采方法试验研究

通过对安庆铜矿1#矿体整体开采方案的试验研究,提出一种地下金属矿山新型无矿柱连续开采方法：利用高强度尾砂胶结充填体和出矿底部结构的三角矿柱形成隔离层替代阶段间水平矿柱,并通过合理的采场布置、回采顺序和充填方法,确保各阶段采场安全高效开采。该方法为全矿体连续开采提供一种新思路,对丰富连续开采理论有着一定意义。     

杨家湾铁锌矿”三下”保护性开采安全措施研究

针对杨家湾铁锌矿现状及面临的问题,通过采矿方法技术经济比较得出适合本矿山的最优采矿方法;结合矿山现状,合理划分出崩落法和充填法开采区域;通过模拟计算,确定出崩落法采场与下部充填法采场之间隔离层的厚度;最后根据矿山现状及未采动矿体分布情况,编制出安全、合理的回采顺序。在采取上述保护性开采安全措施后,将可保护矿区地表公路、河流、民房不被破坏。     

崩落法纵向分区开采冒落危害防治技术

针对崩落采矿法纵向分区开采过程中冒落危害防治这一关键安全技术问题,以小汪沟铁矿在矿体延深方向划分为3个分区开采为依托,运用理论分析方法,指出了各分区冒落危害的主要种类,其中上位分区为落块与陷落危害,中位分区为冒落冲击气浪与落块危害,下位分区为落块危害。同时,依据3分区的位置特点及矿体条件,调整回采顺序以利用连续回采面积控制初始冒落形式,并针对冲击气浪、落块、陷落危害,分别提出作业点与冒落体边缘保持5 m以上安全距离和在出矿口预留6 m厚散体隔离垫层、严禁作业人员进入空区出矿、地表堆石隔离人员进入陷落区等技术措施,适应了不同冒落条件下的安全需求,现场应用效果良好,为崩落法纵向分区开采矿山提供了安全技术保障。     

赞比亚巴鲁巴矿采空区调查及安全隔离层厚度研究

为科学合理地确定巴鲁巴矿地下转露天开采工程采空区安全隔离层厚度,在采空区调查和钻孔勘察资料研究的基础上,建立了矿区近地表采空区及残留矿体三维模型,并初步分析了矿山近地表采空区塌陷及围岩破坏情况。采用理论计算和数值模拟手段,对采空区安全隔离层厚度进行了研究分析。分析结果表明,矿区跨度在15 m及以上的采空区已全部发生塌陷;采空区跨度在10～15 m时,安全隔离层最优厚度为24 m;采空区跨度在10 m以内时,安全隔离层最优厚度为16 m。研究结果为巴鲁巴矿采空区探测与治理设计提供了技术支持。     

程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究

程潮铁矿矿体随开采水平下降而逐渐西移, 导致选厂下保安矿柱的矿量逐渐增加。为了保护地表选厂同时尽可能回收矿石资源, 程潮铁矿采用充填法回收保安矿柱和无底柱分段崩落法开采塌陷坑下矿体联合开采回收-430~-500 m阶段矿体。为了防止两种采矿方法交界处的采矿活动相互影响, 采用数值模拟方法, 选取15 m、20 m和25 m厚度的隔离矿柱分别建立了联合开采数值模型模拟开采, 得到联合开采后地表沉降以及充填采场的安全系数, 并对其进行比较。结果表明, 隔离矿柱厚度为20 m时, 选厂地表监测点的沉降值较小, 充填采场安全系数较高, 能够满足选厂和充填采场安全性要求, 同时矿柱压矿量少, 经济效益较优。研究结果能够为矿山的实际生产提供一定的指导。     

大段高深孔落矿采矿技术

会宝岭铁矿原用的分段空场嗣后充填采矿法存在采切工程量大、矿块准备周期长和回采效率低的问题,经过理论研究和长期的现场试验,采用全段高组合凿爆开采技术(简称FCM法),对70m大段高矿房采用中深孔、深孔相结合的落矿方式,并运用高天井一次成井技术施工切割天井,实现了近距离相邻矿体的安全高效开采,节省了采切工程,缩短了矿块准备时间,实现了安全高效绿色采矿。     

盘区隔离矿柱回采顺序数值优化

为充分回收矿产资源、提高资源利用率,有效回收暂留盘区隔离矿柱是某大型铜矿必须考虑的一个重要问题。在保障首采区矿房、矿柱采场安全高效开采的同时,为了安全高效回收暂留的盘区隔离矿柱,需要确定合理的盘区隔离矿柱回采顺序。基于地下矿山卸压开采思想,结合矿山实践经验,确定了盘区隔离矿柱回采应该遵循的原则,提出了3种备选回采方案。采用数值模拟方法分析了盘区隔离矿柱不同开挖顺序下采场围岩的力学响应特性,优化了盘区隔离矿柱的回采顺序,为盘区隔离矿柱安全高效开采提供了技术支撑。     

大采高整层综采面开采技术研究

晋煤集团长平煤矿III4303面煤层平均厚5.86 m,是该矿区首个大采高一次采全高综采工作面。为保证采面安全高效开采,在对设备选型、巷道超前支护、回采工艺等进行研究的基础上,提出了合理的开采技术方案。回采中进行了矿压规律观测分析和总结。     

基于PFC~(3D)数值模拟的金山店铁矿东区合理覆盖层厚度研究

覆盖层在无底柱分段崩落采矿法开采中起着重要作用,既要为挤压爆破和端部放矿创造必要条件,还需保证崩落法生产的安全性,选择合适的覆盖层厚度对矿山开采具有重要意义。首先,根据金山店铁矿东区采场结构参数,利用椭球体放矿理论计算出合理覆盖层厚度为20 m,并以覆盖层充当缓冲层时覆盖层厚度计算公式验证了该厚度能满足安全要求;其次,利用PFC~(3D)数值模拟软件进行三轴压缩试验找到与金山店铁矿东区岩体力学强度参数相匹配的矿岩颗粒微观参数;最后,根据矿岩微观参数建立放矿数值分析模型,通过选取的不同覆盖层厚度进行模拟放矿,依据放矿后矿石的回收率和贫化率大小来分析覆盖层厚度对开采指标的影响,认为20 m厚度覆盖层条件下的矿石回收率和贫化率达到最优值。理论计算和数值分析表明,金山店铁矿东区崩落法开采时覆盖层厚度取20 m,可取得较好的技术经济效果并保证采场安全。     

基于突变理论的崩落法转充填法隔离矿柱安全厚度计算

崩落法转充填法开采过程中,合理确定隔离矿柱厚度对保证过渡采场安全回采具有重要意义。通过构建隔离矿柱力学模型,分析隔离矿柱破坏特征,建立了隔离矿柱的系统总势能关系式;基于突变理论,推导出隔离矿柱失稳的尖点突变模型;根据尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,建立了隔离矿柱安全厚度的计算模型。将此计算模型应用于研究鄂东某铁矿无底柱分段崩落法转充填法隔离矿柱厚度,理论计算的隔离矿柱厚度取值范围为15.49～19.36m。在数值模拟验证和工程试验生产中,取隔离矿柱厚度为17.50m时,隔离矿柱处于稳定状态。理论分析和验证结果表明,突变理论可解释隔离矿柱失稳的非线性动力学特征,隔离矿柱安全厚度计算模型可为工程设计提供一定的理论依据和工程指导。     

某铁矿井下开采岩移对地表铁路的影响分析

铁路紧邻某铁矿地表矿区东侧穿过,距离矿区采矿权边界约161 m。为论证地下开采岩移对地表铁路的影响,建立了矿山开采三维数值分析力学模型和地表变形数值模型,根据浅孔留矿全面法和浅孔房柱采矿法的特点及矿山下行式和后退式的回采顺序,采用有限差分程序,以自重应力场为主,计算分析了矿山开采扰动下的采场与围岩地压活动规律、地表变形规律及对地表铁路的影响。由地表铁路所在处的倾斜值、曲率值和水平变形值,验证了井下开采岩移对地表铁路的影响符合设计规范要求,为矿山安全开采提供了依据。     

丁家庄铁矿矿床疏水对地表村庄沉降影响的Midas-GTS数值模拟分析

丁家庄铁矿一期工程主要开采西矿段-305 m水平以上的矿体,主要开采水平为-225,-305 m水平;二期工程的主要开采范围为西矿段-305~-505 m水平。针对该矿井下涌水量较大的问题,有必要采取注浆堵水方案,避免开采水平以上的地下水涌入采场,确保采场安全生产。但考虑到矿区地表存在村庄,矿床涌水疏干作业所引发地表沉降不宜过大。为此,结合矿山水文地质钻孔数据,采用Midas-GTS软件构建了丁家庄铁矿的三维地质模型,详细分析了矿山一期、二期开采矿床涌水疏干作业对地表建筑物的影响。结果表明:地表村庄建筑物的最大水平变形值为1.8 mm/m,最大倾斜值为4.2 mm/m,与相应的实测值(2.3,3.2 mm/m)相差较小,并且分别小于Ⅲ级建筑物的水平变形允许值6 mm/m和Ⅲ级建筑物的倾斜变形允许值10 mm/m。可见,采用数值模拟方法得出的地表村庄建筑物的变形值可靠性较强,该矿采用顶板注浆堵水方案进行涌水疏干作业,对地表村庄建筑物的影响较小。     

沙漠特厚风砂层下某铁矿水平隔离矿柱厚度的确定

某铁矿山围岩不稳固、矿体赋存在沙漠特厚风砂层下。由于风砂粒度细、流动性好,应用崩落法开采贫化率和损失率很高。为保证下部矿体安全高效开采,提出了在风砂层与矿体的接触面以下留设水平隔离矿柱的方案。研究采用经验公式和FLAC3D数值模拟相结合确定了水平隔离矿柱的合理厚度。结果表明,在采用隔一采一的无间柱分段空场嗣后充填法分条开采跨度为10 m的矿房时,留设的20 m隔离矿柱是稳定的。     

浅层复杂残留矿柱安全开采优化研究

回收浅埋且有地表建筑物的矿体,完全不同于其他类矿体的开采,其属于"三下"开采的范畴,因此,安全高效回收建筑物下的复杂矿柱是亟待解决的难题。针对天马山金矿建筑物下浅埋矿柱安全回收的问题,利用"三下"开采和地表移动变形理论分析了采空区坍塌对上覆岩层的影响,采用萨道夫斯基公式计算了爆破振动对地表建筑物的影响。此外,结合矿柱回采过程的数值模拟,对比分析模拟结果与建筑物破坏评价标准,进而确定了最优的采场结构参数,为矿柱的安全回收提供了理论支撑。     

备战铁矿露天矿及与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。挂帮矿和露天矿同时生产的安全成为备战铁矿亟需解决的迫切问题。利用FLAC三维建模软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的的分析模拟平台模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。经模拟结果表明分析,得出挂帮矿开采对露天边坡不会造成严重的露天边坡大面积拉伸破坏,在进行挂帮矿开采时露天边坡基本稳定。     

备战铁矿露天矿与挂帮矿同时开采稳定性研究

备战铁矿是正在由露天转井下生产的大型铁矿,挂帮矿采用分段空场法回采,地下矿体拟采用无底柱分段崩落法回采。挂帮矿必须与露天矿同时开采,才能在地下开拓工程建成前完成回采任务并形成覆盖层。挂帮矿采用分段空场法回采,地表不可避免会产生连续移动和变形,进而影响露天边坡的稳定性。利用FLAC软件建立过渡期备战铁矿露天边坡与挂帮矿同时开采的模型,选择合理的采场尺寸并模拟挂帮矿开采对露天边坡安全稳定性的影响。模拟结果表明,挂帮矿开采不会造成露天边坡大面积拉伸破坏,露天边坡基本稳定。     

程潮铁矿深部矿体分区开采方案优选研究

程潮铁矿一500 m中段矿体回采进入尾声﹐即将进入一570 m中段回采,针对一570 m中段矿体开采无法保证生产需求等问题,以程潮铁矿一57o m中段、一675 m中段矿体与围岩为研究对象,研究以不同开采方案开采矿体后对地表稳定性的影响﹐借助 MIDAS软件建立三维数值模型﹐并采用三维有限差分软件对不同开采方案下地表岩层移动进行仿真模拟分析与研究,基于数值模拟结果对采场应力分布进行分析,并提出稳定性建议。结果表明:程潮铁矿深部矿体开采对地表的影响主要在矿体正上方,地表沉降大小与距离塌陷坑的距离成反比,一570 m中段与一675 m中段的矿体以49线为分界设隔离矿柱,矿柱西侧充填东侧崩落开采时能达到地表稳定性与经济效益的动态平衡。     

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。     

隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19~28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28~50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶; 顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著; 底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小; 霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。