尾砂充填连续开采采场顶板稳定性数值分析

针对金属矿山上向分尾砂充填连续采矿法开采条件的复杂性,通过运用弹塑性有限单元分析方法,建立平面应变数学模型,对采场顶板稳定性及采场结构参数进行分析和优化计算。结果表明,控制采场跨度或暴露面积是维系采场顶板稳定的根本措施;单层矿体开采时,随着采场跨度的加大,顶板预应力拉应力也相应增大,但伴随采高的增加,围岩内部的最大主应力、最大剪应力逐渐增大,顶板下沉量也逐渐增大,而顶板内拉应力却逐渐减小。相对1#脉脉矿体,推荐采场顶板极限暴露面积为600 m²左右,以此为基础确定的采场长、宽尺寸采场顶板稳定性最好。     

Mathew法在矿山深部采场稳定性分析中的应用

采矿工程中采场结构参数是影响其安全和经济效益的重要因素。采用Mathew法对老厂矿13-8#矿群采场进行结构尺寸设计和稳定性分析。分析结果表明,顶板为稳固性差的玄武岩时,采场最大暴露面积为160m2,采场规格参数为8m×20m或10m×15m;顶板为较稳固的大理岩时,可采取相应的顶板控制措施,增大最大暴露面积,建议采场最大允许暴露面积控制在750m2以下,且在同等暴露面积条件下,可以通过减小采场跨度,增大采场长度来改善顶板稳固性。     

小长冲河矿段顶板控制数值模拟研究

金属矿床地下开采过程中,顶板控制直接影响到采场地压控制。小长冲河采场顶板不处理时,采空区的极限暴露面积比较小,随着矿体倾角的增大,顶板冒落范围不断扩大,导致开采过程中矿石损失贫化严重。研究认为直接顶板铝土页岩是影响矿体开采的主要因素,通过对该矿段采场运用3D-σ有限元软件进行数值模拟分析,分别模拟研究了留点柱、锚杆护顶、留矿石护顶层三种不同的顶板控制方案,得出三种不同模拟方案下采场稳定性,综合模拟分析结果,提出采用留点柱、锚杆护顶、留矿石护顶相结合的方法进行开采,该方案不仅有效控制了顶板冒落,而且相对于单独留点柱支撑顶板方案而言,能大大增加点柱之间矿块的距离(跨度从6～8m增加至14m左右),进而增加了采场暴露面积,达到减少矿石损失贫化的目的。     

毛坪铅锌矿下向分层进路胶结充填采场结构参数优化

为探讨毛坪铅锌矿所采用的下向分层胶结充填采矿法采场结构参数的合理性,采用数值模拟手段对不同断面尺寸和不同埋藏深度的采场稳定性进行了计算,系统分析了充填体顶板及采场周边应力与塑性区等的变化规律。研究结果表明：随着进路跨度和采深的增加,进路四周拉应力值逐渐增大,当跨度超过5 m后,拉应力值已非常接近充填体抗拉强度;而当采深达到560 m时,拉应力范围几乎扩展到整个围岩,说明采场稳定性下降,存在拉破坏可能性。从本次计算情况看,在现有采深时（采深400~450 m）,进路最大跨度不宜超过5 m;而如果维持3.5 m的进路跨度持续向下开采,则适用的最大采深应在600 m左右,否则采场的稳定性难以得到有效保证。     

基于FLAC~(3D)的毛坪矿采场结构参数优化

为提高毛坪矿的开采效率,采用FLAC~(3D)数值模拟软件分析了采场进路两侧岩性、跨度和采深对采场结构稳定性的影响,并对采场结构参数进行了优化。研究表明:(1)当采场进路两侧岩性不同时,拉应力、压应力的分布范围存在差异,其破坏方式不同;(2)采场结构的稳定性随进路跨度增大而降低;(3)开采深度越大,顶板所受拉应力越大,失稳破坏的可能性也越大。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

获各琦铜矿采场顶板次生应力与位移特征

通过对上向水平充填法采场顶板进行竖直方向应力、位移进行监测,分析了采场顶板竖直方向次生应力与竖直位移特征,研究结果表明:随着采场跨度的增大,采场顶板产生离层现象的范围与竖直方向次生应力下降的幅度呈现增大的趋势。对于跨度为50m采场,在距采场顶板11 m以下的矿体产生离层现象可能性大,而对于跨度为10 m采场,在距采场顶板4 m以下的矿体产生离层现象可能性大。研究成果可为采场顶板支护设计提供重要现场依据。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

两步回采大跨度采场稳定性模拟分析及其控制

采场跨度是采场结构参数的关键指标,直接影响回采空区的安全性和生产作业技术经济指标。针对某磷矿试验盘区采用两步回采大跨度采场方案,进行一步跨度4.5 m扩大到二步9 m时采矿过程中的采场稳定性研究,采用数值模拟的方法,从大跨度采场的应力、支护体受力等方面对采场空区的地压演变及稳固性进行了分析。模拟结果表明:采用锚索支护顶板能够保证大跨度采场的安全回采。同时,为国内外类似条件下矿体的开采提供了借鉴。     

Mathews图解法和Q系统分类法在苍山铁矿采场参数优化的应用

苍山铁矿矿区内褶皱及断层较发育,部分区域矿岩较破碎,给矿山生产带来安全问题。根据苍山铁矿主要矿体地质特征,利用Mathews图解法对采场顶板和上盘稳定性进行分析,基于Q系统分级进行无支护跨度计算。在确保采场顶板稳定的前提下,计算出采场的最大无支护跨度不宜超过13 m。当采场宽度为13 m时,采场最大长度不超过80 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性;当采场长度小于12 m时,采场最大长度不超过100 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性。根据计算结果,苍山铁矿采用了采场跨度为12 m,长度不超过100 m,最大顶板暴露面积不超过1 200 m2的采场布置方式。实际验证表明,采场顶板及上盘稳定性保持较好,未发生顶板冒落现象,采场生产能力和矿石回采率得到提高。     

多次开挖扰动下采空区围岩应力演化数值模拟

以邯邢地区某铁矿为研究背景,采用现场调查与数值模拟相结合的方法,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立3阶段9矿房数值计算模型,对采空区围岩应力在多次开挖扰动下的演化规律进行了揭示。结果表明:采空区围岩应力变化是一个动态过程,在多次开挖扰动影响下,相同水平和不同水平矿房开挖后都会产生应力相互扰动影响,其中本矿房开挖对相邻矿房和对角矿房扰动作用明显。第一水平开挖后矿房间柱为承压区、底板为卸压区;第二水平开挖后,第一水平矿房顶板出现承压区,两个水平垂直相邻矿房矿柱由卸压区变为承压区;第三水平开挖后,三个水平相邻矿房间柱由承压区变为卸压区。     

基于Mathews图解法急倾斜采场暴露面冒落分析

针对地下矿山采场结构参数设计中常用方法未能将结构面对岩体的稳定性影响充分考虑等问题,以云南省某铁矿实际情况为基础,通过对矿山上盘围岩进行结构面调查和分析,并应用Mathews图解法对急倾斜采场暴露面冒落问题进行研究,计算得出采场巷道不稳定极限跨度为4.37 m,上盘不稳定暴露面积为366 m~2,可以对矿山采场现在出现的一些零星冒落现象做出合理解释。针对采场冒落现象,根据采空区缓冲垫层设计的经验公式,得出冒落垫层厚度为2.7 m的计算结果。研究结果在该矿山实际生产、采场参数优化方面存在一定的指导意义。     

大冶灵宝铁矿采场稳定性综合分析评价

采用RMR及Q系统岩体分类方法对灵宝铁矿采场整体稳定性进行分析,并运用AN-SYS软件综合评价采场细部稳定性数值分析的结果及该矿采场的稳定性。分析得出该矿在当前条件下采场稳定性良好,为安全回采矿区残留矿体提供了理论依据。     

分段矿房法不同分段高度稳定性的FLAC3D数值模拟分析研究

以云南某铁矿分段矿房法为研究对象,结合矿体赋存条件,通过现场工程地质调查和室内岩石力学实验,利用CAD、数值模拟软件ANSYS、FLAC3D对分段矿房法的不同分段高度进行研究,分段按照每步10m高度进行开挖,对不同分段高度下采场应力、位移、塑性区三个参数的变化进行分析。研究结果表明：当分段高度达到40m时,开挖过程中采场顶板发生了拉伸破坏区域,间柱部分有贯通的剪切破坏塑性区出现,30m分段时采场处于稳定状态,不同分段高度下采场开挖形成的最小主应力均未超出岩体的抗拉强度,采场顶底板和上下盘的竖向横向位移量均处在采场安全位移的范围内,综合分析选取最佳分段高度为30m。研究结果可对矿山的安全生产提供指导性建议,为类似矿山提供参考借鉴。     

大冶灵宝铁矿采场稳定性综合分析评价

采用RMR及Q系统岩体分类方法对灵宝铁矿采场整体稳定性进行分析,并运用ANSYS软件综合评价采场细部稳定性数值分析的结果及该矿采场的稳定性。分析得出该矿在当前条件下采场稳定性良好,为安全回采矿区残留矿体提供了理论依据。     

某铀矿井采场顶板地压监测与对比分析

某铀矿井开采深度的增加和采矿方法的改变,给采场顶板稳定性带来了新的不确定因素。为了及时掌握深部采矿中,采用不同采矿方法时采场顶板围岩的稳定性,在-150m中段12-4采场布置钻孔应力计、压力计和位移计,分别对巷道围岩和采场顶板的表面位移、顶板压力和应力进行监测。通过对比分析监测数据,掌握了上向矸石充填法和无轨采矿法采场顶板稳定性的变化情况,为矿山的安全生产提供了科学指导。     

当量采深估算方法在岩爆危险性等级评价中的应用

为了研究浅部岩爆危险性定量评价方法,实现矿山采场岩爆分级评价和分类治理目标,根据应力叠加原理,建立了当量采深估算模型,提出了当量采深估算方法,并确定了估算方法的计算过程。研究表明:当量采深与实际采深成正相关,与矿柱尺寸成负相关。本文以山东某矿浅部岩爆现象为工程背景,由于巷道开挖和构造应力造成采场围岩应力集中,没有达到岩爆深度的浅部开采水平,却出现岩爆预兆现象。因此,采用当量采深估算方法对该矿浅部450中段采场进行岩爆分级评价,共划分48个矿柱单元,形成1个高度危险区,9个中等危险区,4个一般危险区,34个安全区,并对不同区域采取岩爆分级防治措施,达到了良好的岩爆防治目的,提高了矿山回采安全性和经济性。     

某磷矿采场结构参数优化及岩体稳固性模拟研究

采场结构参数直接关系到采场自身的稳定性及开采过程中的整体安全,选择合理的采场结构参数,有利于采场稳定,并提高开采速度。针对采场稳定性的问题,采用数值模拟的手段为采场结构参数进行优化,从开采过程中矿岩的位移、应力和塑性区等方面进行了详细分析。在保证安全的条件下确定了最优的矿块结构参数,为矿山规模化生产提供了有力的理论支撑。     

某矿无底柱分段崩落法采场的爆堆通风

甘肃某铁矿因无底柱分段崩落法独头回采而通风困难,加之受高寒地区特殊地理位置的影响,井下通风设备运行效率低,难以提供充足的新鲜风流,进一步恶化了井下作业环境。以甘肃某铁矿为例,首先对相同开采深度不同水平厚度覆盖岩层、不同开采深度相同水平厚度覆盖岩层爆堆通风风速进行了现场测定,证明爆堆通风的可行性,并对爆堆通风在该矿山采场中风流流动规律进行分析。其次,结合当前矿山结构参数以及现场实测数据,针对不同通风阻力的开采时期提出2种爆堆通风方案。其一是利用采场进路进风,污风经爆堆直接排至地表,其二是采用2个分层同时退采,新鲜风流由下一分层进路进入,污风经爆堆直接回至上一分层采场进路,并排至回风巷。最后,指出了爆堆通风方案存在问题,并提出相应改进的措施。该矿爆堆通风的初步应用,对高寒地区无底柱分段崩落法采场通风具有一定借鉴意义。     

大冶铁矿嗣后充填采场围岩变形机理研究

以相似材料模拟实验技术为主要研究手段,借助全站仪、应变计和数码相机等仪器监测了模型围岩的变形、应力以及破坏情况,研究了不同结构参数条件下分段空场嗣后充填采场的围岩变形与应力变化特征,以及发生破坏时的规律与特征。主要研究结果为：揭示了大冶铁矿合理的采场结构参数;采场顶板与矿柱所受应力分布为拉剪应力和压应力;顶板是采场稳定的关键因素,应保证充填体与顶板良好的接触关系,提高接顶率;采场内应力分布规律与回采方向相反,偏向于首采矿块。