宜昌晒旗河磷矿条带充填法采场结构及回采顺序研究

复杂地形条件下矿体安全高效开采研究对于释放矿山资源产能有着重要意义。为解决目前房柱法开采对地表扰动程度大且矿柱难以回收等问题，基于条带充填开采技术，从采场结构及回采顺序两个方面对宜昌晒旗河磷矿展开了适应性研究，以期在提高矿石回收率的同时减少地表扰动。首先依据晒旗河高山河谷地形下地应力特征，在盘区内划分了高低应力采区，构建了分区采场结构，并引入极限强度理论得到条带矿柱的合理宽度；然后设计了高应力采区“隔一”、低应力采区“隔一采一”的条带回采顺序，运用FLAC3D数值软件优选出高、低应力采区间的回采顺序，研究矿体在开挖过程中围岩应力变化特征及地表变形特征。结果表明：①从低应力采区向高应力采区的回采顺序优势明显，可缓解高低应力采区的应力不均匀程度；②在整个回采及充填过程中，采场围岩较稳定，矿柱所受的垂直压应力均小于抗压强度；③高山河谷地形下地表沉降曲线演化特征为“U→V→U→W”，地表沉降得到了有效控制；④所设计的条带充填法与传统房柱法开采相比，矿石开采效率得到了大幅提升，可为晒旗河磷矿及类似高山河谷地形下矿床开采提供技术指导。     

宜昌晒旗河磷矿条带充填法采场结构及回采顺序研究

复杂地形条件下矿体安全高效开采研究对于释放矿山资源产能有着重要意义。为解决目前房柱法开采对地表扰动程度大且矿柱难以回收等问题，基于条带充填开采技术，从采场结构及回采顺序两个方面对宜昌晒旗河磷矿展开了适应性研究，以期在提高矿石回收率的同时减少地表扰动。首先依据晒旗河高山河谷地形下地应力特征，在盘区内划分了高低应力采区，构建了分区采场结构，并引入极限强度理论得到条带矿柱的合理宽度；然后设计了高应力采区“隔一”、低应力采区“隔一采一”的条带回采顺序，运用FLAC3D数值软件优选出高、低应力采区间的回采顺序，研究矿体在开挖过程中围岩应力变化特征及地表变形特征。结果表明：①从低应力采区向高应力采区的回采顺序优势明显，可缓解高低应力采区的应力不均匀程度；②在整个回采及充填过程中，采场围岩较稳定，矿柱所受的垂直压应力均小于抗压强度；③高山河谷地形下地表沉降曲线演化特征为“U→V→U→W”，地表沉降得到了有效控制；④所设计的条带充填法与传统房柱法开采相比，矿石开采效率得到了大幅提升，可为晒旗河磷矿及类似高山河谷地形下矿床开采提供技术指导。     

复杂地质条件下条带式嗣后充填采矿法多软件耦合分析

宜昌地区缓倾斜中厚破碎磷矿体采场结构参数确定、开采及充填次序选择是开采设计的难题。针对宜昌地区复杂地质条件下条带式嗣后充填开采工艺,分析了断层构造与主应力场关系,开展了岩石力学试验,基于多软件耦合建模技术,对复杂条件下的矿区地应力、采场结构进行模拟分析。通过对不同条带式采场参数及开采工艺模拟分析,得出随着采场宽度增加,应力与位移均随采场宽度增加呈近似线性增长趋势,且岩层强度逐渐减弱,围岩失稳形式主要为顶板拉伸破坏和矿柱剪切破坏。此外,采用隔2采1的开采次序,可有效提高矿柱支撑能力,且围岩在矿房回采后和充填后稳定性均显著增强。该成果可为类似矿山采场布置提供理论指导。     

缓倾斜磷矿条带充填法采场结构参数优化研究

为获得挑水河磷矿条带充填采矿法最优的采场结构参数,选取充填条带宽度、留空区条带宽度、盘区矿柱宽度等因素,进行了3因素3水平的正交模拟试验,利用FLAC3D软件进行数值模拟计算。选取顶板最大拉应力、充填体条带最大压应力、顶底板最大位移,充填体与盘区矿柱最大水平位移等指标综合评价分析,研究结果表明,挑水河缓倾斜磷矿条带充填法采场结构参数最优方案为充填体条带宽度10m,留空区条带宽度6m,盘区矿柱宽度20m。     

大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究

针对某金属矿长期处于大规模充填体下开采的现状,对-300 m各盘区回采期间的稳定性进行了数值模拟,分析不同方案的采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律,并综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益。分析结果表明：将E101采场作为永久性连续盘区时,回采至中期采场顶板处产生1.14 MPa的最大拉应力和75 mm的最大位移;开采后期采场顶板处产生2.30 MPa的最大拉应力和92 mm的最大位移;开采后期采场顶板的抗拉安全系数为1.53;整个顶板岩体稳定性较好,确定将E101作为盘区永久矿柱。根据盘区永久矿柱的位置,提出了4种盘区回采顺序,分析比较不同开采方案的顶板、直接顶板、矿壁及充填体稳定性,确定了从矿体中央连续永久盘区矿柱E101采场向两侧分盘区开采的回采顺序。     

缓倾斜薄矿体矿柱回采采场围岩稳定性研究

为解决缓倾斜薄矿体矿柱安全高效回采这一难题,对采场围岩稳定性进行研究是非常必要的。以三山岛金矿平里店矿区为工程背景,在前期现场调查、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,运用RMR分级法和Q系统分级法分别对缓倾斜薄矿体矿柱回采围岩质量进行分级研究,得出采场围岩稳定性一般;分析了缓倾斜薄矿体采空区顶板破坏机理,并基于Burgers体建立了缓倾斜薄矿体采空区流变力学模型,为采场支护提供了理论依据技术支持;设计了缓倾斜薄矿体矿柱回采采场围岩应力实时监测系统,得到了采场围岩应力变化规律,现场实践证明：监测系统精度高、运行稳定。     

废石尾砂充填结构体应力分布与覆岩变形移动规律研究

废石尾砂交替充填采场由废石和尾砂构成的充填结构体支撑采场顶板,其承载特性无法简单地由某一种材料的变形和强度参数描述,为了探究该充填结构体的应力分布与覆岩变形移动规律,利用大尺寸相似模拟装置对典型缓倾斜薄矿床废石尾砂交替充填开采过程进行模拟,采集、处理并分析采场顶板应力、未采矿岩应力、地表沉降、充填体承载情况和安全系数等指标的演化特征,在此基础上分析了废石尾砂充填结构体的承载和稳定状态。结果表明:废石尾砂充填结构体中由废石充填体承载采区顶板施加的大部分荷载,而尾砂充填体未充分发挥其承载作用,充填效率不高;借鉴高应力巷道柔性支护有效调动围岩自承载能力的理念提出了基于柔性接顶的应力协调思路,即利用弹性模量低于废石充填体的柔性材料前期收缩变形释放顶板一部分压力,调动矿岩和尾砂充填体承载能力并对废石充填体进行卸压。该思路有助于改善废石尾砂充填结构体的不均匀承载状态,提高采场整体安全性和充填效率。     

盘区矿柱回收与充填体稳定性的数值模拟研究

盘区隔离矿柱回采的核心问题是能否在矿柱回采过程中保证顶板和两侧充填体的稳定性。 针对龙桥 铁矿充填成本高、盘区矿柱占有储量大等问题,提出了全部回收和部分回收 2 种盘区矿柱回收方案。 根据矿山实际地 质和具体实践资料,建立了三维计算模型,利用 FLAC3D 软件对 2 种回收方案进行了计算,通过分析和比较采场围岩 变形、塑性区及应力状态,确定了合理的回收方案。 计算结果表明:全部回收盘区矿柱会造成采场大范围的破坏,难以 实现回采目标;部分回收即留设部分矿柱作为永久矿柱承载,可以基本确保采场的稳定性。 研究结论可以使龙桥矿 矿柱回收率达到 64. 3%,也可供同类型矿山作为参考设计依据。     

阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性研究

某铁矿采用阶段空场嗣后充填法开采,目前-450 m首采中段的回采工作即将结束,拟在-390 m新中段的开拓中将阶段高度从原来的60 m提高到90 m,阶段高度提高了50%。为了研究急倾斜厚大矿体在阶段 空场嗣后充填法开采条件下的应力变形规律,采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,考虑了首采中段和多盘区对新中段回采充填的影响,通过分析得到了采场矿柱和围岩的应力与变形规律。结果表明：在阶段 高度提升后的新中段回采充填过程中,矿柱被揭露后矿柱内的应力会大幅增加,并随应力集中程度增加而导致矿柱的剪切破坏;采场内最大变形出现在中间盘区矿房顶板,最大主应力及塑性区主要出现在中间矿柱的 中下位置,最大主应力、沉降变形及塑性区呈中间大两边小的对称性分布,最小主应力出现在两边矿房顶角处;盘区矿房采用间隔回采形成的最小主应力和沉降变形小于顺序开采,矿房的回采顺序对最大主应力的影 响较小;随着矿柱宽度增加,采场内最大最小主应力、变形值及塑性区范围呈逐渐减小的趋势。研究成果对国内外采用空场嗣后充填法开采的同类型矿山具有借鉴意义。     

缓倾斜中厚矿体分层开采与围岩控制研究

挑水河磷矿缓倾斜中厚矿体开采时,围岩的应力状况严重影响采场顶底板的稳定性。采用条带式分 层充填采矿法,通过对充填体的破坏机理进行研究,分析不同充填条带宽度、留空区条带宽度及不同充填灰砂比下 采场顶底板、充填条带的应力变形,确定充填开采可降低采场围岩塑性区比例,优化开采参数,提高采场围岩的稳 定性;通过计算受支护强度影响下的采场围岩应力分布,确定软弱结构面滑动的极限条件,对滑移区域的位置和范 围进行预测,通过加强支护以提高围岩软弱结构面的稳定性。     

缓倾斜中厚矿体高效开采技术研究

为探索破碎顶板下缓倾斜中厚矿体的地下开采技术,实现矿体的快速、高效开采,以金厂河多金属矿缓倾斜中厚矿体为研究对象,分析了矿岩岩石力学参数及岩体质量级别,根据不同的开采技术条件,优化选取合理的采矿方法及采矿装备。根据研究成果,矿体顶板大理岩稳固性较差,矿体稳固性较好。厚大矿体采用大直径深孔嗣后充填采矿法,中厚矿体采用预留矿体护顶的中深孔空场嗣后充填采矿方法。研究表明:根据矿岩稳固性分级及矿体开采技术条件,采用不同的采矿方法,能够满足矿山开采产能和贫损指标控制的要求;破碎顶板采用支护加固处理或预定矿体顶板护顶的方式,能够很好地保障采场顶板的稳定性,为采场的大规模开采创造有利的外部条件;开采技术适用于破碎顶板下的缓倾斜中厚及厚大矿体的地下高效开采,可大幅提高开采效率,有效控制矿体开采经济指标。     

落凼矿分段空场嗣后充填法采场结构参数研究

分段空场嗣后充填法是两步骤开采,采场结构参数主要是指一步骤矿柱与二步骤矿房的结构尺寸。针对拉拉铜矿落凼矿区深部矿段地下开采遇到高地压释放致采场结构不稳定问题,采用RHINO-FLAC3D进行数值模拟的方法对矿区的采场结构参数进行研究。对落凼矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体采用两种不同的采场结构参数方案进行对比,用Flac3D模拟开挖,对采区内的塑性区进行统计与分析。研究结果表明：随着采深的加大,针对该矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体,一步骤矿柱采用50m×11m,二步骤矿房采用50m×25m的结构参数更加安全稳定。     

缓倾斜极薄矿体采场结构参数优化研究

为进一步提高山东黄金矿业(鑫汇)金矿缓倾斜极薄矿体采场结构的稳定性,对双侧抛掷嗣后充填采矿法的采场结构参数进行了优化。利用有限元分析软件FLAC^3D,并结合矿体实际情况,设计了1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m采场宽度结构等5个方案,计算并分析不同条件下开挖后的最大主应力及最大位移来实现采场结构参数优选。研究表明:随着回采宽度增大,第1步回采后产生的应力和破坏范围明显增大,顶板的下沉位移逐渐增大,在采幅为2.5 m和3.0 m的方案中,在第4步和第5步回采完成应力重新分布后,周边围岩应力呈现上升趋势,有潜在的岩爆风险。在不同的回采过程中,围岩中的应力存在释放的过程,使应力分布达到新的平衡状态。同时经过数据对比分析,针对采用双侧抛掷嗣后充填采矿法的缓倾斜极薄矿体,采场结构参数设置为1.5 m为最佳方案,可确保矿山安全高效生产。     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。     

某铁矿充填采矿法协同支护充填体稳定性可视化分析

为有效控制某铁矿二分段充填采场稳定性,提出充填体围岩协同支护机制。在充填采矿法中地下采空区稳定性主要取决于充填体－围岩组合的相互作用机制。数值模型是了解采场损伤规模、损伤程度和类型、损伤位置和损伤发生时间较为适用的工具,为探索围岩与充填体在荷载作用下协同支护作用特征。通过研究不同灰砂比充填体充填采空区过程中与围岩及顶板之间的协同支护的力学特征规律,应用数值模拟方法对不同灰砂比与围岩之间的协同支护作用效果进行深入分析,同时分析矿房开采完成充填后,充填体与顶底柱及围岩的位移量变化、最大拉应力变化以及塑性区变化规律,最终优选出最佳灰砂比,为矿山的安全生产以及降低充填成本提供可靠依据。     

南非Dilokong铬矿采场结构参数优化

南非Dilokong铬矿矿体含铬品位较高,为典型的缓倾斜薄矿体,设计采用房柱采矿法进行回采。针对Dilokong铬矿缓薄矿体的开采技术条件及采矿难题,为探求其合理的采场结构参数,实现现场的安全、高效开采,研究采用正交数值模拟试验,选取了矿房长度、矿房跨度、点柱尺寸和点柱间距4个因素,正交设计了4因素3水平9种采场结构参数模型的试验方案。通过FLAC3D软件对不同方案的围岩应力及位移分布数值模拟结果的对比分析,研究各参数对采场稳定性的影响及优化采场结构参数。试验结果表明,矿房跨度及点柱尺寸是影响采场应力集中和位移变形的重要参数,并确定了合理的采场结构参数,即矿房长度50 m、矿房跨度26 m、点柱尺寸5 m×5 m及点柱间距2 m,研究结果对现场下阶段矿体的回采具有指导借鉴意义。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

充填法两步回采采场结构参数优化

后观音山铁矿露天转地下交接工作已基本完成, 为了选取合理的采场结构参数, 根据矿岩与充填体力学参数, 运用ANSYS有限元分析软件, 对充填法两步回采的采场结构参数进行了优化。利用ANSYS模拟不同采场的结构参数、采场顶板厚度及多采场回采模式下的采场应力状态和变形情况, 综合分析模拟结果, 最终确定最优方案。模拟结果表明: 采场结构参数为20 m矿柱、30 m矿房的模型为最佳方案。该结果在矿山应用中取得了很好的效果, 确保了地下矿产资源回采的安全性和高效性。