凡口铅锌矿0~#采场垮塌区影响范围数值模拟

凡口铅锌矿Sh-320 0#采场的回采过程中,因出矿不及时而致使该主矿体区成为隐患区域,采用FLAC3D快速拉格朗日差分分析方法对隐患区域稳定性进行数值模拟。结果表明,采空区两帮的最大拉应力达到1 MPa,两帮的最大位移分别为11.6和11.1 cm,顶板位移为8.0 cm,而且出现较大范围的剪切破坏和抗拉破坏塑性区,并且塑性区发生贯通。空区是在两帮充填体受横向拉伸发生垮落,同时顶板发生冒落,最终导致空区的大面积失稳。由数值模拟圈定垮塌区的影响范围,进而得出受垮塌区影响的采场分布。     

顶板崩落变形破坏过程的数值分析

采用数值方法建立三维计算模型,分11个步骤对采场开挖的全过程进行数值模拟,得到开挖后空区围岩的水平位移、竖向位移和塑性区分布情况,进而分析矿区顶板自然崩落规律的变形破坏情况。由于采场的开挖,导致岩体内部应力释放,围岩位移指向空区内部,水平位移最大处出现在采场采矿区的两侧边帮处,位移方向均指向采空区内部。随着开挖宽度的扩大,竖向位移呈圆弧曲线形式由采场顶板向岩体内部不断扩张。开挖过程中,空区顶板首先由剪切破坏导致岩体破裂下落,出现采场顶板冒落现象,采场采空区的顶板中央上部岩体随着顶板冒落不断往下变形,出现一定高度破坏区域的岩体。当采场开挖面积进一步扩大时,采场顶板上方的岩块将无法维持稳定状态,出现持续崩落现象。     

空区顶板安全厚度和临界跨度确定的数值模拟

为了确定空区上方顶板厚度和临界跨度之间的关系,本文以某露天铁矿采空区群为工程实例,通过现场取样测定的岩石力学参数为基础获得顶板岩体力学参数,采用K.B.鲁别涅依他公式法、厚跨比法、结构力学梁理论、平板梁理论法对其进行计算。同时,作者利用RFPA数值模拟方法对空区顶板的损伤及垮塌过程进行数值模拟,计算空区顶板发生初始损伤和失稳垮塌时顶板安全厚度与临界跨度之间的关系。K.B.鲁别涅依他公式法所得结果与RFPA计算的顶板发生初始损伤时的数值结果最为接近,两者的比值可认为是从数值模拟获得的安全系数。由此可见,由K.B.鲁别涅依他公式法计算的顶板临界厚度保留了很大的安全系数,基于RFPA的数值模拟可以计算该安全系数,具有更为广泛的适用性。     

残采间柱条件下空区群顶板失稳的QR法分析

提出基于类框架结构模型QR法的残采间柱条件下空区群顶板失稳分析方法,通过构建采空区群类框架结构受力分析模型,建立采空区群内节点位移函数表达式,采用改进后的QR法计算单元空区关键部位的应力和位移幅值,结合应力和位移失稳判据,研究残采间柱条件下采空区群顶板的稳定性。某金矿1570m中段间柱采动前后采空区群顶板对比计算表明,间柱回采前,各顶板均处于稳定状态;间柱回采后,仅回采中段顶板最大竖向位移与最大拉应力均大于允许阀值,该顶板处于不稳定状态,有失稳风险。现场回采工程结束后,1570 m中段顶板严重失稳,上部覆岩汇入,空区与地表贯通,验证了该方法的可靠性。     

构造应力型浅埋矿山开采引起地表沉陷机理研究

采用FLAC3D对矿区原有和后续采矿活动进行仿真模拟,对其形成原因进行研究。研究表明:在原有采空区形成过程中,空区顶板覆岩形成显著应力集中,促使空区顶板覆岩遭受剪切破坏,完整性降低,岩体移动影响地表上升位移,围岩介质承受张应力状态,裂隙呈现张开状态,加上降雨使得地表水渗入空区顶板覆岩裂隙,降低岩体强度,这些内外因素共同诱发地表冒落塌陷。     

复杂采空区稳定性数值模拟分析

为研究复杂采空区的稳定性,在前期现场调查、现场原岩应力测定、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,应用现代仿真技术与计算机数值模拟技术,采用FLAC3D方法对龙桥铁矿空区形成过程及采空区稳定性进行模拟计算和预测分析,研究表明:采空区形成后,空区四周各角隅处首先达到极限剪切破坏状态,随着采空区的增大,角隅处破坏区域逐步延深扩大,顶板中央拉应力分布逐渐明显,最终变为拉应力破坏;采场周边围岩位移最大,往外距离开挖边界越远,围岩位移就越小,且采场上盘围岩位移比下盘围岩要大得多,围岩移动方向均指向采空区;在采场顶板以上形成围岩移动位移等值拱;采空区顶顶中央点下沉量最大,向空区侧面急剧降低,空区以外点的下沉量变化较小,且距空区越远下沉量越小;采空区一半高度的水平断面上围岩以垂直向下位移为主.     

二步采场回采下的一步采空区稳定性分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,空区失稳坍塌问题凸显,加强采空区管理,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文采用目前先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助建立了某矿山生产中段采空区数值计算模型,结合应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采场空区稳定性的影响大小,结果表明,二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大并与一步采空区形成了应力叠加,在矿柱位置出现了应力集中,最大集中应力约为26 MPa,且垂直方向上的位移增加,最大位移量接近5 mm,存在顶板垮塌风险。     

采空区顶板破坏机理研究及安全厚度确定

采空区是造成我国矿山灾害事故的重要原因,其顶板安全厚度的确定是一直未能得到很好解决的难题。首先基于薄板理论提出采空区顶板厚度计算新方法,揭示空区顶板安全厚度与顶板几何尺寸及矿石力学特性指标的关系。在得到理论解的基础上,从力学角度分析顶板破坏原因和过程,采用ABAQUS有限元分析软件建立采空区顶板的数值力学分析模型并进行模拟,分析采空区顶板破坏过程和各因素的影响规律。通过数值模拟对采空区顶板进行应力、应变及顶板位移的塑性分析,得到不同顶板厚度、不同采空区跨度等对应力场、位移场的影响规律和采空区顶板安全厚度与采空区跨度的回归曲线及方程。最后通过理论解与数值模拟的比较确定齐大山某空区的顶板安全厚度。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性数值模拟分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,采空区顶板暴露面积进一步扩大,空区失稳坍塌问题凸显,为了能够及时掌握采空区稳定状态,加强采空区管理,避免采空区坍塌引发矿山重大安全事故,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文在总结目前国内外常用的采空区稳定性分析方法的基础上,采用目前较为先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助开展采空区探测,建立了某矿山主生产中段的采空区数值计算模型,通过模拟采场回采过程,分析不同回采阶段的应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采空区稳定状态的影响大小。结果表明,该矿山二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大,并与一步采空区形成了应力叠加,特别是在矿柱位置出现了应力集中,其最大集中应力约为26MPa,且垂直方向上的位移量增加,最大位移量接近5mm,存在顶板垮塌风险。     

大同矿区“三硬”条件地表沉陷数值模拟

针对大同矿区“三硬”条件马脊梁矿2号402盘区刀柱开采引发的井下工作面顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷，采用三维有限差分法FLAC^3D软件进行采场力学行为模拟分析.从煤层的开挖到地表的塌陷，全面分析了开采历史过程的应力场、位移场和破坏场的分布与变化，以及采场内煤柱的稳定性.提出了采场内煤柱失稳破坏引起采场应力重新分布，出现煤柱群连续失稳破坏的多米诺效应，从而导致采空区顶板大面积突然垮落和地表整体塌陷.     

某硅灰石矿开采顶板围岩稳定性数值模拟分析

以某硅灰石矿区8线和47线Ⅳ矿体为研究对象,利用FLAC3D数值模拟软件分别建立地质模型,模拟Ⅳ矿体在不同埋深条件下开采时,其顶板的围岩应力、垂向位移变化特征,进而分析顶板在不同开采深度下的围岩稳定性。模拟结果显示:在相同的采厚、采宽等地质条件下,与浅部矿体开采相比,深部矿体开采时:(1)采空区顶板应力的释放更大,顶板围岩的承载力较差;(2)顶板下沉较大,弯曲变形更为严重,并会出现明显的冒落带。模拟结果表明深部矿产开采顶板围岩稳定性更差,易发生垮塌事故。研究成果为深部矿产开采顶板围岩支护及灾害预防提供理论参考。     

某铅锌矿近地表采空区稳定性分析及治理方案优化

为了确保近地表采空区下部矿体开采安全，避免近地表采空区崩塌导致地表塌陷，将广西某铅锌矿现存的6个近地表采空区作为研究对象，针对可能出现的矿柱、顶板垮塌，展开基于数值模拟的稳定性分析及治理方案优化研究。根据该矿矿体及围岩的岩体力学参数，利用3DMine及Midas GTS NX建立数值模型，通过FLAC3D进行模型重构与计算分析，依据数值模拟分析结论及矿区实际情况，提出2种局部充填加固的治理方案，并利用FLAC3D对各方案的治理效果进行了模拟分析。结果表明：方案一及方案二均能达到转移或减小采空区矿柱及顶板相应的最大主应力、剪应力及拉应力的效果，同时减小塑性破坏区的面积；方案二的较大尺寸支护结构较方案一能更好地转移或减小顶板的最大主应力、剪应力，故确定方案二为最优方案。     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。     

缓倾斜中厚矿体采空区稳定性数值模拟分析

为研究缓倾斜中厚矿体采空区稳定性,在研究采空区失稳机理以及收集矿床资料、采矿进程及进行室内岩石力学实验的基础上,利用数值模拟软件FLAC对磨坊矿五号井2号矿体4号采场的开采活动进行了模拟.通过对采空区竖向应力分布,塑性区发展趋势以及剪应变增量的分析,得出了空区的稳定性程度及破坏发展趋势:(1)在空区顶板与地板中心处出现了拉应力的集中;(2)空区剪切破坏首先发生在角隅与矿柱的中下部,导致矿柱的失稳,然后再向空区边缘顶板上部发展,最终导致顶板整体塌陷;(3)一、二步开挖后空区处于稳定状态,最后一步开挖后,采空区失稳.     

残留矿柱回采及监测点布置的研究*

采用有限差程序FLAC^3D对天马山黄金矿残留矿柱进行回采模拟,对矿柱进行不断的模拟开挖,直至顶板岩层发生破坏。当顶板发生破坏时,其位移发生突变,计算不收敛。因此,将监测点位移是否突变、计算是否收敛作为顶板破坏的判据。依据回采过程中围岩应力和位移的变化规律,将布设现场监测器与数值模拟的结果相结合,能够对监测点的布置进行有效优化和为预报采空区突然塌陷提供理论判据,从而提高现场监测的针对性和准确性。得出结论：①破坏首先从采空区顶板开始,该区域是围岩位移最敏感处,可作为位移突变判据的监测点,是多点位移计布置的优选位置。②矿柱回采结束后,位于采动影响范围顶部的岩层引导着应力向采空区端部区域转移,随着采空区暴露面积的增加,其端部的支承应力随之增大,但当采空区顶板岩层发生破坏时,空区顶板应力向支承压力区转移的路径发生阻断,破坏后的采空区顶部岩体重力不再向其端部传递,支承压力区的压力出现下降的趋势,表现为应力反弹现象,这种现象为现场应力监测进行采空区突然塌陷预报时提供了理论判据,因此,在采空区端部区域布置应力传感器优于其它位置。     

露井联采矿山采空区顶板安全厚度控制技术

采用有限差分法模拟分析采空区顶板不同厚度时的位移及塑性区变化特征,结合莫尔-库仑屈服理论,确定紫金山金铜矿露井联合开采过程中顶板的最小安全厚度。当顶板厚度为72,60,48,36 m时,采空区顶板存在局部压剪、拉伸破坏,但破坏面并没有连续贯通,可以保证露天、井下采矿作业面的安全;当顶板厚度为24 m时,矿柱会产生贯通性破坏,容易导致矿区顶板发生坍塌事故;当顶板厚度为12 m时,采空区顶板也没有发生贯通性剪切、拉伸破坏,但是顶板厚度在降低至12 m之前,已然发生破坏。根据数值模拟结果,结合矿山露采技术要求,确定采空区顶部最小安全厚度为36 m,为矿山露井联合安全开采提供了理论指导依据。     

某矿复杂采空区顶板稳定性数值模拟与监测

为了研究某矿山复杂较大采空区顶板的稳定性,寻找治理办法,收集了空区相关数据并进行整理,运用surpac建立三维模型,通过FLAC~(3D)进行数值模拟计算,结果表明,空区正上方沉降量最大且呈凹陷状,无论水平方向还是垂直方向,监测点距空区越远则沉降量越小;在矿区较大采空区的邻近围岩布设了多点位移计进行监测,监测数据与数值模拟结果相吻合,空区顶板稳定,不受破坏,结果为矿区安全生产提供了依据。     

上向分层充填法开采薄矿体的围岩稳定性影响因素分析

以司家营矿区Ⅲ号薄矿体为例,研究采用上向分层充填法开采薄矿体时,采场顶板厚度和空区跨度对采场矿柱稳定性的影响。根据采场结构、地质条件、矿岩特性、原岩应力等,运用FLAC3D数值模拟方法建立模型,计算不同顶板厚度和空区跨度情况下的应力场和位移场。结果表明,对于薄矿体,矿岩稳定性主要受空区跨度的影响,跨度越大,稳定性越低,而一定范围内的顶板厚度不会对采场稳定性产生大的影响。     

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.     

佛子冲矿采空区群模糊聚类分级及综合治理

为对佛子冲矿104#矿体采空区群进行稳定性分级及综合处理研究,在前期空区探测的基础上,基于三维数值计算软件ANSYS与FLAC^3D耦合,对采空区的稳定性进行模拟分析,选取空区顶板暴露面积及数值计算得到的采空区顶板最大主应力、最小主应力、最大位移4个因素,运用模糊聚类理论对空区进行聚类,实现采空区稳定性4分类。针对4采空区分别提出加强监测管理、加强支护、部分充填和全部充填等处治措施,以保障佛子冲矿生产安全,节约空区处理成本。