金属矿山深部采场稳定性分析与结构参数优化

稳定的采场是金属矿山深部安全开采的关键。针对云南某矿的工程地质条件和矿体赋存特征,采用Mathew法对采场极限暴露面积进行理论计算,得到采场长度为30 m和40 m时,采场极限暴露面积分别为600 m2和684 m2,运用2种数值建模法对理论计算结果进行模拟验证,模拟结果表明采场极限暴露面积介于600～700 m2之间。研究结果表明,结合理论计算和数值模拟方法,能够在保障矿山安全开采的情况下合理确定最优采场结构参数。对2种数值建模模拟法进行对比可知,与常规建模数值模拟法相比,简化建模数值模拟法表现出明显的优势。     

深部金属矿开采关键理论技术进展与展望

深部岩体相比浅部岩体具有强流变性、强湿热环境和强动力灾害等差异,相关岩体力学理论和开采技术不再适用于深部金属矿开采。因此本文对深部岩体力学、深部建井提升、绿色开采、智能开采这4个金属矿深部开采的关键理论技术的研究现状进行综述,并针对性提出未来的研究重点。最后,基于现阶段深部金属矿开采的关键技术和理论的研究现状以及存在的问题,提出了发展和完善极深部岩体力学理论、进行原位流态化开采技术研究和应用以及建设超大型深部智慧化无人矿山这3个方面的展望。随着金属矿开采深度不断下降,亟需研究金属矿深部开采相关理论技术,确保深部金属矿产资源安全、高效、经济、环保地进行开采。      

松软破碎矿体卸压开采方案模拟研究及应用

采准巷道是否稳定关系到回采作业能否正常进行,对于无底柱分段崩落采矿法而言,凿岩进路的稳定更是如此。以镇沅金矿松软破碎矿体开采为工程背景,运用Flac 3D数值模拟软件模拟卸压硐室的卸压效果,通过对比分析应力场、位移场以及剪切应变增量等指标,确定了硐室卸压方案。卸压开采模拟研究及应用表明,模拟研究为维护采准巷道(凿岩进路)的稳定性提供了可靠的理论依据,采取的硐室卸压方案工程实施卸压效果明显。     

模糊灰色理论在金属矿山地质灾害评估中的应用

针对金属矿山开采所带来的地质灾害问题,运用两种理论结合建立一种灾害等级综合评估模型,将金属矿山地质灾害的影响因子进行综合评估预测来确定金属矿山的灾害等级,将模型对实际金属矿山灾害进行评估预测,取得了与实际情况较为吻合的效果。     

深部金属矿山卸压开采中矿体安全回采方案研究

传统矿体安全回采方案,卸压巷道垂直偏移量较大,为此,提出深部金属矿山卸压开采中矿体安全回采方案。确定采场结构参数、凿岩爆破参数、预留矿体层厚度、抵抗线等矿体回采参数,选择合理的掏槽方式,将矿体顶部作为充填体,布置掏槽炮孔,选取孔内微差起爆方式、孔底起爆顺序,避免矿石大块的崩落。进行对比实验,结果表明,设计方案相比传统方案,减少了卸压巷道的垂直偏移量,保证了卸压巷道的稳定性,使矿体回采更加安全稳固。     

坚硬顶板爆破切顶巷道支护稳定性研究

为了解决坚硬顶板问题造成的巷道围岩变形严重的问题,以泰业煤业为研究背景,对爆破切顶卸压进行研究,首先通过数值模拟对不同切顶高度下巷道围岩变形进行分析,确定最佳的切顶高度为12 m,然后通过现场实践对切顶卸压的可行性进行了分析,给出了施工具体方案及支护形式.经过切顶卸压后,巷道顶底板移近量为383mm,两帮移近量的最大值...     

金属矿深部开采现状与发展战略

在调研国内外众多金属矿山和收集大量相关文献的基础上, 综述了国内外金属矿山开采现状及研究进展, 聚焦深部开采主要工程技术难题, 从开采动力灾害预测防控、深井高温热害控制治理、深井提升、深井开采方法工艺变革、深部选矿新技术、智能无人采矿这六个方面, 提出了解决我国深部开采难题的战略建议, 结果表明: (1)5000m开采深度将会是我国金属矿深部开采中长期战略研究目标; (2) 无绳垂直提升技术具有提升效率高, 使用限制少的特点, 建议我国重点针对此类技术装备研发; (3)将深部矿产资源开采与深部能源开发相结合, 可以有效降低深部降温成本, 是解决深部采矿经济性的新途径; (4) 新一代采矿技术需对原有的采矿模式和开采工艺进行变革, 机械连续切割破岩技术是未来超深矿井建设的重要发展方向; (5) 充填法是保证深部开采安全最有效的方法之一，应对充填材料、充填工艺进行更深入的研究; (6) 我国尚不具备全面推广遥控智能化无人采矿的条件, 可以通过产学研联合攻关等方式逐步提高矿山生产自动化和遥控智能作业水平.      

基于3Dmine矿业软件的露天矿山采剥计划的数值模拟

为研究露天矿山采剥计划年矿岩总量和矿石量,以某露天金属矿为研究背景,依据锥体排除法生成最优地质开采体,运用动态规划理论对最优开采体进行经济评价,以3Dmine为载体建立采剥计划模型对矿山生产进行数值模拟,并与矿山6年的实际生产数据进行对比分析。研究表明:模拟结果与矿山的实际生产数据基本吻合,运用该模型为矿山预测未来5年的采剥计划。模型得到的采剥计划对该矿山的生产有一定的参考价值,并对其他矿山有借鉴意义。     

深部金属矿山卸压开采硐室设计及模拟效果分析

随着矿山开采由浅部逐渐转向深部,岩爆等地质灾害问题频发。根据一系列的岩爆预防和控制的相关研究,采用卸压开采可对岩爆易发区进行防控。以夏甸金矿为工程背景,针对夏甸金矿运输巷发生的岩爆现象,提出预先掘进卸压巷道来防控岩爆的方案,基于Flac3D数值模拟软件,模拟分析在巷道两侧实施预掘卸压巷道方案后,巷道围岩应力的分布情况和卸压效果。卸压后,应力集中区域明显减少,两帮的卸压效果最为明显,变形减小量可达17.6%,顶板变形减小量为8.5%。     

矿山常见地质灾害特征及防治

矿山地质灾害是地质灾害的一个重要分支，目前，我国矿山地质灾害具有种类多，分布广，影响大，潜在灾害隐患突出，且煤炭矿山重于非煤矿山，金属矿山重于非金属矿山；矿山地质灾害类型与矿山规模、开采方式、矿产类型及所处地域相关等特点。合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理、防止矿山地质灾害实现矿业可持续发展战略的保障。     

基于地应力和二次损伤的预留光爆层爆破参数研究

对于地下开采，预留光爆层进行二次爆破可以保证巷道掘进面轮廓成形效果,减少围岩损伤。基于地应力、应力波和爆生气体等共同作用理论，对预留光爆层二次爆破进行参数优化。分析预留光爆层厚度对地应力重分布的影响以及二次应力对爆生裂纹扩展的影响，可知二次应力会抑制爆生裂纹扩展，且预留光爆层厚度与二次应力大小呈正相关；分析在不考虑损伤、考虑一次损伤和考虑二次损伤条件下，轴向不耦合系数及炮孔间距大小的变化，可知考虑损伤可以适当增大轴向不耦合系数和炮孔间距。以焦家金矿深部开采工程为背景，对比爆破参数优化前后爆破效果，可知在深部开采时考虑地应力和损伤，能提高半孔率和节约成本。研究结果为地下开采爆破标准化提供了理论依据。     

动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征

以冬瓜山铜矿井下900 m深处的出矿巷道作为研究对象，基于“隔一采一充一”阶段凿岩、分段崩落的回采方案，利用FLAC^3D数值模拟软件研究了静动态开挖过程中出矿巷道围岩的变形特征。模拟相关岩体力学参数由三轴压缩及频繁冲击扰动试验数据折减获得，采用Mohr-Coulomb模型进行静态开挖分析，结合Strain-Softening模型进行动态扰动影响模拟分析。研究结果表明：爆破产生的扰动促使围岩变形加剧，但不会改变静态开挖时围岩变形演化的规律；开挖时巷道周边产生应力卸荷现象，且顶板出现拉应力，靠近采场巷道两帮应力离散性大，造成顶板易产生拉伸破坏，靠近采场巷道两帮易发生片帮；结合深部出矿巷道实际稳定情况，推测巷道顶板及靠近采场部位易产生破坏，需加强支护，其余部位稳定性相对较好。     

滥泥坪铜矿三维地应力测量及巷道布置优化研究

随着矿山开采深度的持续增加，深部高地应力作用下矿区的地压灾害发生率逐渐增长。为使矿区能够安全合理地开展生产工作，准确测量区域内的地应力分布情况，并在此基础上进行巷道布置优化研究很有必要。采用套孔应力解除法对滥泥坪深部3个中段进行三维地应力测试，并对三维应力场分布特征进行分析。测量结果表明：滥泥坪矿区应力随深度基本呈线性增长，实测的各中段最大主应力值在28.62~43.10 MPa之间，原岩应力场以水平构造应力为主，总体表现为NNW-SSE向，根据测量结果调整巷道布置方向并建立三维地质模型对巷道稳定性进行分析，研究结果对巷道布置和矿山安全生产具有重要的指导意义。     

夹皮沟矿业公司深井开采巷道围岩爆破振动监测

为及时发现深井开采可能诱发的地压灾害和安全管理问题,针对夹皮沟矿业公司二道沟矿深井开采实际,采用L20型爆破测振仪对-1410 m中段主运输巷道掘进过程中的爆破震动波进行实时监测与数据分析,获得了深井高应力巷道掘进中的爆破振动特征和传播规律。巷道掘进过程中爆破震动波沿巷道竖直方向的速度衰减最大,沿巷道径向的速度衰减最小;爆破振动频率为150~400 Hz,频率较高,频率范围较宽,属于高频振动,频率对振动破坏影响较小。监测结果为矿山巷道爆破参数优化和长期稳定性分析提供了重要技术支撑,可为同类矿山提供借鉴。     

不同地应力下爆破振动效应分析

为研究岩石在不同地应力下的爆破振动效应，选择经验证过的岩石本构，利用ANSYS/LS-DYNA隐式—显式序列求解方法，对不同侧压力系数下岩石爆破过程进行数值分析。分别构建了侧压力系数为0.1、0.5、1.0、2.0、4.0条件下的计算模型，数值模拟结果表明：初始地应力对爆破有较强的抑制作用，岩石破碎区受侧压力系数的影响较小，爆破裂纹优先向较大的地应力方向延伸；岩石质点振动速度峰值（PPV）到达时间不受侧压力系数的影响；当侧压力系数小于1.0时，水平方向的质点振动速度峰值大于竖直方向;当侧压力系数大于1.0时，竖直方向的质点振动速度峰值大于水平方向。     

深部岩体水耦合爆破裂纹扩展数值模拟研究

为认识深部高地应力岩体水耦合爆破裂纹扩展过程及机理,选择试验验证的RHT本构,采用LS-DYNA对水耦合装药单孔在不同原位应力场下的岩体爆破裂纹扩展进行数值分析。模拟结果表明：水耦合的方法延长了爆炸作用时间,提高了岩体中爆炸应力峰值和PPV（质点振动速度峰值）,增强了爆破致裂岩体的效果;原位应力在深部岩体水耦合爆破中起到增加岩体中应力和PPV的作用。研究表明：在不同的地应力条件下,均存在某一最优水不耦合系数,且最优不耦合系数随原位应力的增加而减小,水耦合时,在原位应力为0,10,20,30,40 MPa的条件下,最优不耦系数分别为5.00、3.30、2.63、1.56和1.25。     

煤矿下山巷道水与空气不耦合装药爆破技术对比研究

为了提高三级煤矿许用炸药能量利用率,改善爆破破岩效果，保证开采区的工作效率，对不耦合装药结构进行优化，以理论推导的方式分别得出空气不耦合与水不耦合装药系数对爆生气体准静压力的影响，并进行了对比分析；通过实验室爆破模型试验研究水和空气径向不耦合分别作用下爆炸应力波的传播分布特性，分析峰值应力与测点到炮孔比例距离、不耦合系数之间的关系，并与理论分析对比验证。结果表明：当不耦合系数相同时，炮孔处水不耦合装药爆炸应力波峰值高于空气不耦合装药，随着不耦合系数的增加，炮孔处爆炸应力波的峰值应力减小；模型试验测得同一测点的水不耦合装药峰值应力是空气不耦合装药峰值应力的1.15~1.52倍，峰值应力作用时间长于空气不耦合装药，同一测点水和空气不耦合装药结构测得的应力波及其峰值应力均随不耦合系数的增加呈负幂函数衰减，且空气不耦合装药时衰减得更快，与理论分析一致；贵州某煤矿下山巷道，于梯形掘进断面实施传统空气不耦合装药结构掏槽爆破，效果不甚理想，运用水不耦合装药爆破技术，提高了炮孔利用率，减小了岩石破碎块度，使爆堆集中，显著提高了岩石破碎效果与出渣效率。     

金川二矿区地应力特征及其对巷道变形破坏的影响研究

随着地下工程建设不断向地球更深处发展,高地应力已成为影响深部巷道围岩稳定性的关键因素。针对金川二矿区高地应力问题,总结研究区地应力分布特征,采用离散元数值方法计算了3种不同地应力条件下巷道围岩的变形破坏过程。所得主要结论包括：（1）研究区地应力分布离散性较强,已测最大主应力多数为水平方向,但随着埋深的增加,竖直主应力逐渐接近水平主应力;（2）均质围岩巷道变形模式主要为顶板下沉和底鼓,变形主要依靠塑性流动,高地应力未改变巷道围岩变形模式,但加剧了其破坏程度;（3）在以水平地应力为主导的条件下开挖巷道,应加强顶、底板的支护,且塑性变形往往具有显著的时间效应,施工中应对巷道变形进行周期性监测。     

我国深部高温地层井巷建设发展路径与关键技术分析

深部矿产与地热资源共采战略为实现“矿?热”经济有效开发和实现双赢提供了有效途径,深部高温地层井巷建设技术是“矿?热共采”战略安全高效实施的重要支撑和保障。分析了深部“矿?热共采”战略对井巷建设技术需求的必要性和迫切性,梳理了矿山井巷建设技术现状和存在的不足,阐述了矿山井巷智能化建设方面的研究进展与发展路径;剖析了深部高温地层井巷建设面临的难题与挑战,提出了深部高温地层井巷工程建造技术发展的三大优先发展任务:1）深部高温地层井巷建设地质保障系统;2）深部高温地层井巷建设模式与规划;3）深部高温地层井巷建设成套技术与装备。结合三大优先发展任务,凝练出8项基础理论与关键技术的发展方向:地层原位探识与透明化重构、高温地层井巷建设工艺适宜性、高温地层非爆破破岩、深井连续提升、深部不良地层改性与围岩长期稳定性控制、深井热害治理、井巷装备智能感知、井巷掘进装备智能控制。基于以上内容,初步构建了深部高温地层井巷建设基础理论与技术研究体系,以期为深部资源开采清洁化和地热清洁能源规模化发展提供参考。      

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采，然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填，为了提高回采效率，需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体，依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度，结合矿山现有采矿装备与充填条件，在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上，提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段，在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道，上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道；采用中深孔连续落矿的同时，利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计，大大减少了采准、切割工程量，缩短了采准、切割时间；通过采用连续开采减少矿柱留设，提高矿石回采量；采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明：对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采，提高了矿块的回采率，降低了矿产资源损失量。