动力扰动下深部采空区围岩力学响应及充填作用效果

针对深部采空区承受高静载同时受到周边采场爆破地震波扰动的具体情况,为研究采场围岩的稳定性,应用应力波方法分析了采空区围岩受到侧崩时的动力响应及充填的支护效果,采用有限差分软件FLAC3D模拟了安徽省铜陵的冬瓜山铜矿典型采场受到周边开采爆破侧崩时的动力特征及全尾胶充填的支护效果。分析结果表明:爆炸地震波传播过程中,围岩应力场受到扰动,采空区自由面振动速度幅值约为围岩内部的2倍,围岩产生新的塑性变形,质点位移增加;对采场进行充填能够降低接触面振动速度,减少围岩塑性变形及质点位移,从而保护了采场间柱,提高采场围岩稳定性。     

深部采场无底柱深孔后退式开采围岩力学响应特征

 运用Surpac 和FLAC^3D组合建模技术建立深部矿区三维数值分析模型,基于多元线性回归分析方法模拟反演出深部区域现存地应力场,采用模型重构方法获取了采场及周边的局部地应力分布规律.研究某采场利用无底柱深孔后退式采矿方法开采的围岩力学响应特征,结果表明:1)采场围岩的最大拉应力为0.40 MPa,最大水平位移为28.2 mm,出现在采场 Y 向中轴线附近南帮位置,最大垂直位移为27.43 mm,出现在 Y 向中轴线附近顶板位置,采场围岩发生了一定范围的塑性破坏;2)采场 Y 向中轴线附近位置顶板位移较大,应加强地压监测;采场东头由于受到爆破积累损伤的影响,在对东头侧向崩矿时,要适当调整孔网参数;采场南帮临近区域要增加预裂孔、减小单孔装药量及每段起爆药量,防止爆破超挖矿柱,影响整个盘区的稳定.     

硬岩矿深部开采过渡区厚度优选与数值分析

针对某铁矿进入深部开采过程中采场出现的地压问题,优化并选取了合理的采场参数.考虑到矿体中存在软弱夹层,会对过渡区的稳定性造成影响,通过极限平衡法,决定采用8.5,10及12 m厚度的过渡区以备选用,运用大型数值分析软件FLAC 3D进行三维数值模拟,对其稳定性进行对比分析.结果表明,随着厚度的增加,过渡区中应力集中现象越来越小,在开挖过程中,顶板位移也随着厚度的增加而减小,仅12 m厚过渡区的塑性区没有贯通.所以留设12 m过渡区可保证采场的稳定,满足过渡期间安全生产的要求,为矿山的安全平稳过渡生产提供依据.     

多中段联合开采围岩扰动效应及采矿进路支护技术

受多次开采扰动影响,多中段联合开采过程中采场围岩稳定性差,地压显现剧烈,采矿进路支护难。以白象山铁矿-470,-430和-390 m中段联合开采工程为研究背景,采用大型相似材料模型试验及采场围岩数字照相变形量测技术,揭示多中段联合开采采场围岩应力变化特征及上覆岩层移动规律。研究结果表明：各中段逐分层向上回采对上覆岩层产生了累积叠加扰动效应,导致采场围岩反复承受荷载(多次扰动)而失稳破坏;各分层矿体下沉量随开采步的推进呈先增大后减小的趋势,采空充填区中部位置附近覆岩的下沉量最大,采场围岩变形具有明显的阶段性增长特征。各中段保留矿体(顶柱)对维持采场围岩稳定、减弱相邻中段间的采矿扰动和降低上覆岩层的变形破坏有积极的作用,受多中段联合开采扰动影响较大、完整性破坏严重的中段保留矿体中的应力可突然释放,出现了局部或整体失稳,威胁采场围岩整体稳定性。确定多中段联合开采扰动条件下采矿进路切圆拱断面形式,其拱高为2.0 m,提出锚网索喷联合支护技术,有效控制采矿进路围岩变形与破坏。     

乳山市金矿深部采矿方法数值模拟研究

根据乳山市金矿深部矿藏的赋存条件、围岩特征和地压显现特点,以采场结构的稳定性为前提、降低矿石二次贫化为目的,利用三维数值分析程序,模拟了乳山市金矿深部,分别采用留矿法和上向不胶结充填分层开采两种采矿方法的优劣。认为在乳山市金矿在-485 m水平以下采用上向不胶结充填分层回采方法可以有效地降低矿石的二次贫化和改善安全生产条件。该研究成果已获得工程实践的验证。图2,表3,参10。     

复杂应力扰动下围岩稳定性评价与采场参数优化

夏甸金矿采矿活动已经进入深部，临近崩落法与充填法影响区域的采场受到多重扰动应力的影响，该区域围岩稳定性与采场尺寸的合理选取对矿山安全生产至关重要.采用先进的数字摄影测量技术，获取试验采场周围岩体结构面参数;并从多角度对采场围岩稳定性进行评价;在此基础上，运用Mathews图表法与跨度经验公式对试验采场的参数进行优化;最后，通过数值模拟，对得到的试验采场参数合理性进行分析与验证.图表法优化的采场尺寸在矿山开采的成功应用，验证了图表法在复杂应力下采场尺寸设计的可行性.     

基于LS-DYNA的间柱开采贫损爆破控制技术

尽可能降低间柱采场开采的贫化和损失、充分回采间柱矿产资源,是某矿山当前亟待解决的问题。从控制间柱采场复杂边界的角度,运用显示动力分析软件LS-DYNA对间柱采场边排孔的装药结构、两帮和两端的边孔距进行数值优化,对比4种间隔装药结构方案边界处测点的x向振动速度方差,得到间隔比例为0.588最优装药结构方案产生的爆破振动最均匀;根据第四强度理论,得出最合理两帮和两端边孔距分别为1.6 m和1.2 m,此时对充填体和岩石造成的破坏最小。将研究成果应用于试验间柱采场,验证了间柱采场贫损爆破控制技术的有效性。     

逐孔起爆技术在南帮滑体工程中的应用

南帮是朱矿采场中深部开采铁路运输的咽喉部位，由于南帮地质结构的复杂性，造成南帮边坡稳定性较差。南帮部位1285m水平在中深孔爆破时由于爆破地震波的作用，诱发了南帮边坡失稳而产生了一次大的滑体，该滑体严重影响了朱矿采场的正常生产。由于爆破震动对保护边坡的稳定性具有重要作用，因此，在南帮滑体的治理施工过程中，运用了先进的爆破技术一逐孔起爆技术。经过爆破实践，该技术在南帮爆破中具有明显的优越性，可在生产中使用。     

无底柱深孔后退式崩矿法采场结构参数优化

为实现某铅锌矿山无底柱深孔后退式崩矿法安全高效开采,开展采场结构参数优化研究.实测-650 m中段原岩应力,运用Surpac-FLAC3D模型生成技术构建数值分析模型,进而采用多元应力回归方法反演初始地应力场.通过弹性力学小薄板理论分析得到顶板稳定性随采场结构参数的变化关系,结合实际采准条件,提出采场结构参数初选方案.基于反演地应力场,进行初选方案开采数值分析,获得各方案力学响应指标.引入多目标理想点法决策,考虑安全和经济指标,计算方案评价指标集与理想解的向量近似度,优化确定该矿无底柱深孔后退式崩矿法采场结构参数为矿房采场宽10 m,矿柱采场宽8 m.     

基于FLAC-3D的成庄矿多煤层陷落柱防水煤柱留设研究

运用FLAC-3D模拟软件对成庄矿内贯穿3~#、9~#、15~#煤层的KDX74、JDX75、KDX76陷落柱的防水煤柱预留情况进行数值模拟。通过分别留设不同宽度的防水煤柱进行模拟实验发现,当3~#煤层防水煤柱留设20 m,9~#煤层防水煤柱留设30 m,开采15~#煤层时,当15~#煤防水煤柱为20 m时,3~#煤层采空区下方塑性破坏区域与陷落柱活化区域导通,表明15~#煤层的开采可能导致3~#煤层采空区底板突水,故15~#煤防水煤柱宽度不应小于30 m。     

浅部采场地压的试验研究

本文根据龙头锰矿李家背矿段试验采场室内模拟试验结果,和现场试采了一个采场(上部),三个矿房(下部)的初步观察,分析研究了覆岩厚度六十余米时,开采缓倾斜(8°～12°)矿层采场围岩移动的特点和矿柱承压的性态。试验研究表明,采场顶板岩层的稳固性土要受岩层层面、节理、裂隙的制约;全面法采场中留下的不规则矿柱,承压大,且随顶板暴露面积和时间的增加而增加;在开采多层近距矿层时,上下对齐地留设矿柱,利于回采作业的安全。     

人工砼柱置换残留矿柱采场结构参数优化

为了安全经济地回收某矿山已充填采场中的残留矿柱,根据矿山特殊的地质条件和残矿资源赋存状况,提出人工砼柱置换残留矿柱的回采方案。运用三维有限元模拟软件MIDAS/GTS建立采矿模型,模拟采矿过程,分析在采矿作业扰动下不同结构参数采场顶板围岩、矿柱和人工砼柱的稳定性,结合经济因素对拟选的5组采场结构参数进行优化选择。研究结果表明,采场最大拉、压应力随人工砼柱尺寸的增大而减小;最大拉应力位于上盘围岩顶板中央,是影响采场整体稳定性的主要因素;模型4最大拉应力0.474 MPa,远小于其抗拉强度1.57 MPa,安全富裕系数大,经济合理。最终确定矿山置换残留矿柱的人工砼柱尺寸为3.5 m×3.5 m。     

云锡氧化矿试验采场矿岩分级及采场结构优化研究

为确定云南锡业公司计划开采的10-6缓倾斜似层状矿体采场结构尺寸,研究开采期间既定采矿方式条件下采场的稳定性和安全、合理的采场支护参数,在现场地质调查基础上,采用分形理论和Q法对云锡松矿10-6缓倾斜似层状矿矿岩体进行了合理分级,建立了矿岩的初步分级体系,在此基础上提出了松矿10-6缓倾斜似层状矿试验采场合理的结构尺寸和支护方案,确保了试验采场回采期的安全性。     

露天矿含断层复合边坡稳定性

针对露天矿在开采到界过程中边坡含有断层,到界边坡上部存在外排土场,边坡在到界过程中存在的边坡稳定性具有复杂性问题,结合乌兰图嘎露天矿一采区西帮边坡的工程实际,基于极限平衡理论和数值模拟手段,研究了断层位置对露天矿采场以及采场-排土场复合边坡的滑坡模式及稳定性的影响规律,确保了西帮到界过程中煤炭资源的安全回采.结果表明:断层的存在导致西帮到界边坡的稳定性明显降低,但断层与到界边坡的相对距离对采场边坡稳定性的影响并不明显;当断层存在时,复合边坡的稳定性随着煤柱留设长度的增加,呈现先减小后增加的趋势,到达一定距离后,断层对边坡的影响消失.     

岩溶水矿床开采的矿柱稳定性分析

谷家台铁矿是岩溶水矿床,在使用矿体顶板帷幕注浆防水的情况下,矿山采用点柱上向水平分层充填采矿法开采。针对矿柱稳定性问题,通过FLAC3D有限差分数值模拟方法,定量地计算和分析矿体开采过程中采场充填后不同开采步骤下采场点柱和间柱的应力、位移和塑性区的分布状况,模拟出它们随每步开采应力和应变的动态变化过程。根据模拟显示的间柱对上部矿体的支撑作用明显好于点柱结果,建议矿山在综合评价经济效益的基础上,可考虑每个矿房之间保留间柱,实现矿山的安全高效开采。     

基于协同回采的深部厚大矿体分段充填采矿法

针对预控顶分段充填法在深部开采存在的预控顶巷道掘进工序繁杂、顶板易受爆破震动影响等缺点，本文提出垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法(协同回采分段充填法)。该方法通过改变顶板支护工序的顺序，将预控顶变为后压顶，能够有效地解决顶板围岩稳定性问题。进而对协同回采分段充填法进行优化研究：一方面，通过 SURPAC 到ANSYS的模型转换技术，进行采场稳定性数值分析，获得最佳的结构参数；另一方面，通过分区出矿分区支护的方式，解决两帮支护不到位和出矿效率低的问题。将该方法应用于新城金矿V#矿体开采，结果显示顶板岩移量显著减小，且各项经济技术指标均得到改善，实现了高应力条件下厚大矿体的安全高效开采。     

基于时能密度的围岩爆破安全判据实验

为了研究爆破震动荷载作用下巷道围岩的多因素综合安全判据,根据实际工程巷道制作缩尺巷道围岩模型,通过光纤光栅锚杆对巷道围岩在不同围岩压力、不同巷道损伤状态下的爆破震动响应信号进行监测,并对信号进行小波分解,基于时能密度函数计算响应信号的TEDI值,初步建立巷道围岩安全判据。结果显示,TEDI值与巷道围岩损伤程度存在定量关系,基于时能密度函数所建立的巷道围岩安全判据具有较高的可靠性,实际应用中可作为核心技术发展监测、诊断、预警技术,形成金属矿山巷道围岩稳定性评估体系。     

预掘双回撤通道煤柱留设及其围岩稳定性控制

针对预掘双回撤通道贯通时围岩失稳问题,通过理论分析和数值模拟方法,研究了预掘双回撤通道围岩破坏机理、回撤通道间合理煤柱尺寸、末采期间的围岩破坏特征和区域应力场矢量分布规律.结果表明:末采期间回撤通道处于非等压动态叠加应力场,围岩塑性区趋于蝶形失稳;理论计算主、辅回撤通道的合理煤柱尺寸为20 m,此时煤柱内应力分布呈现双峰状态,辅回撤通道区域应力场极值较小,有利于巷道的稳定;末采期间主回撤通道围岩逐渐塑性失稳,但20 m煤柱保证了辅回撤通道围岩塑性区的有限扩展.基于此,提出回撤通道合理煤柱尺寸留设配合加强支护的围岩稳定性控制技术,现场应用后主回撤通道最大帮部变形为173 mm,最大活柱下缩量为246 mm,围岩稳定性得到了有效控制.     

急倾斜薄矿脉深孔落矿工艺参数优化

针对金厂沟梁金矿18#急倾斜薄矿脉开展高效采矿技术研究,完成了4种采矿方法的经济技术比较,优选深孔爆破的无底柱分段崩落法进行开采.提出薄矿脉深孔爆破高效采矿技术成功实施的两个关键问题:脉外采准工程稳定性和薄矿脉爆破夹制作用.设计采用"之字形"和"梅花形"两种布孔方式来克服爆破的夹制作用.依据库兹涅佐夫公式、坎宁安爆破指数计算了相应爆破设计参数的罗辛-拉姆勒(R-R)块度分布,预测爆破后的平均块度约为10 cm.基于FLAC3D分析了分段运输巷道等脉外采准工程的稳定性,结果表明,脉外运输巷道位于凿岩巷道6 m之外即可保证采准工程的稳定.     

综放面支承压力沿底板传递规律研究

综采放顶煤开采技术经过20多年的发展,以其高产高效、经济效益显著等优点,已成为我国厚煤层主要开采方法,综放开采四大难题(瓦斯、煤尘、自燃、回采率)已基本得到解决.但随着放顶煤开采范围扩大,也带来一些如采场周围巷道如何合理布置和留设等新问题,这些新问题与综放采场围岩压力分布规律有关.谢桥矿已回采结束的1121(3)和1141(3)工作面由于区段煤柱尺寸留设不合理,导致了处于底板斜下方的东二轨道大巷、皮带大巷及东一C组采区中部、下部车场破坏严重,特别是东二轨道大巷部分地段发生冒顶,冒落高度达3～4 m,影响了矿井东部采区的投产时间和整个矿井的采掘接替顺序.2001年,谢桥矿与安徽理工大学合作,开展了综放采场围岩压力分布规律的研究.通过分析研究,科学地确定了合理煤柱尺寸,工作面收作后采场周围巷道基本没有损坏,保证了矿井的正常生产.