矿柱形态对地下矿山采空区稳定性影响规律

地下矿山采用房柱法开采时采场点柱一般不进行回收,矿柱约占储量的20%～30%.为减少矿柱矿量,同时保证矿柱及采场的稳定性,利用三维建模软件Midas-GTS-NX及有限差分法软件FLAC~(3D)联合模拟计算,对矿柱形状进行模拟分析及对比研究,分析了相同围岩条件下不同形状的矿柱自身及采场顶板的稳定性.研究表明:方形和圆柱形矿柱稳定性较好,但圆柱形矿柱较方形矿柱回采率高,其余形状的矿柱在相同围岩条件下容易产生应力集中现象,稳定性较差.在实际生产中可考虑留设圆柱形点柱,既能保证采场稳定又可提高回采率.该研究为房柱法开采中的矿柱和采空区稳定性判定提供了参考依据.     

急倾斜矿体充填法回采的FLAC~（3D）模拟

针对四川省宁南县银厂沟矿和骑骡沟矿开采,采用三维有限差分程序FLAC3D法,建立了两种不同水平回采厚度的上向分层充填法开采的数值模拟模型,研究了采场上覆岩层的稳定性.研究表明:矿体厚度对采场的稳定性起着决定性作用;适当地选择采空区的暴露面积是控制采场围岩灾变的有效途径;三维有限差分法能较好地模拟上向分层充填法的开采动态,模拟结果也为类似条件下矿山的开发提供了重要的参考.     

急倾斜矿体充填法回采的FLAC3D模拟

针对四川省宁南县银厂沟矿和骑骡沟矿开采,采用三维有限差分程序FLAC3D法,建立了两种不同水平回采厚度的上向分层充填法开采的数值模拟模型,研究了采场上覆岩层的稳定性.研究表明：矿体厚度对采场的稳定性起着决定性作用;适当地选择采空区的暴露面积是控制采场围岩灾变的有效途径;三维有限差分法能较好地模拟上向分层充填法的开采动态,模拟结果也为类似条件下矿山的开发提供了重要的参考.     

诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳

在露天转地下过渡期利用诱导冒落法回采挂帮矿时将引发边坡大规模失稳,这将对坑底的露天采矿、露天运输系统以及地表设施和建筑产生威胁.岩体结构对边坡失稳的发展有着关键的控制作用,通过非连续变形分析(DDA)方法研究了不同边坡岩体结构下,采用诱导冒落法回采挂帮矿时引发的边坡失稳过程.通过7组岩体结构各不相同的边坡模型,得到三种边坡失稳模式:滑移失稳、倾倒失稳、复合失稳,不同的边坡失稳模式导致不同的边坡破坏程度及破坏规模.最后以海南铁矿为背景,对诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳过程进行了实例分析,为挂帮矿的开采设计和边坡失稳风险预测及预防提供技术支撑.     

基于FLAC3D数值模拟一次采动巷道地压显现及围岩破坏

以申南凹矿1021—20采场为模型,运用FLAC3D有限差分数值计算方法进行了数值计算,模拟分析了一次采动影响下30 m矿柱和20 m矿柱回采巷道围岩的应力分布、位移变化和塑性区分布,并对采动超前影响范围进行了模拟。通过现场监测、数值分析认为申南凹矿回采巷道的地压显现与围岩破坏与采场相似。     

充填体下隔离中段采场结构参数优化

充填体下隔离中段大直径深孔采矿的难点,主要是充填体强度较低及充填质量分布不均匀,无法保证应力集中状态下采场顶板和上部充填体的稳定性,实现矿山资源的安全回收.采用FLAC3D有限差分程序,模拟计算了阿舍勒铜矿充填体条件下450 m中段4种采场跨度下的3种回采方式,从位移、最大主应力和最小主应力3个方面对采场顶板和上部充填体的稳定性进行了对比分析研究.结果表明,采场跨度12m时,充填体顶板稳定性良好;当采场跨度14 m时,充填体顶板沉降及矿柱主应力明显增大,处于极限平衡状态;当采场跨度15 m时,采场顶板的主应力急剧降低,最大垂直位移急剧增加,采场已失稳.因此,为保证450 m隔离中段矿柱的顺利回采,一、二步骤的采场跨度不宜超过12 m.     

崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性分析

借助修正后的RMR方法对和睦山铁矿工程岩体进行了分级.分别采用厚跨比法、结构力学梁理论以及普氏拱理论对矿柱进行了研究,获得了嗣后采场破坏模型以及采场失稳演化过程.分析了采场尺寸、矿岩坚固性系数、抗拉强度以及内摩擦角对崩落法转阶段嗣后充填法采场稳定性的影响.通过极限平衡法建立了阶段嗣后充填法矿柱安全系数方程.研究结果表明:矿岩的坚固性系数和抗拉强度对顶板临界厚度影响明显;矿岩的内聚力对矿柱的安全系数影响最为显著.最后将上述结果应用到和睦山铁矿嗣后采场稳定性分析中,得到了块矿地带的采场顶板临界厚度和矿柱安全系数,并从理论角度分析19~#矿房跨塌的原因.     

程潮铁矿联合开采时回采顺序的数值模拟优化

程潮铁矿的矿体随着开采深度的增加而逐渐西移,导致选矿车间下保安矿柱所占矿量不断增多,故拟采用联合开采方法回收-430~-500m阶段矿体:充填法回收选矿车间下预留保安矿柱;无底柱分段崩落法开采保安矿柱以外的其他矿体。为了研究联合开采时回采顺序对地表稳定性的影响,采用数值模拟方法得到不同回采顺序下地表监测点的垂直位移,确定地表沉降最小且施工组织容易的回采顺序组合为最优方案,即充填法采用"中-左-右"以及无底柱分段崩落法采用"左-右-中"的回采顺序。模拟开采结果表明,在该回采顺序方案下,选矿车间区域的地表稳定性、充填采场及隔离矿柱的安全性均满足要求。     

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。     

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。     

具有深凹特征的改进挂帮矿诱导冒落开采方法

大孤山铁矿为大型深凹露天铁矿山,在露天转地下过渡期中,采用诱导冒落法开采挂帮矿的新型露天转地下过渡模式.对大孤山铁矿现存挂帮矿进行三维建模分析,依据过渡模式的露天地下协同开采的安全要求,选择南帮挂帮矿作为过渡期第一阶段露天地下协同开采区域,通过采用合理的回采顺序控制边坡上塌陷坑范围和塌陷坑容积,使滑移体全部滑入塌陷坑.开采东帮挂帮矿为露天转地下第二阶段,利用露天原有运输系统迅速提高地下产能,并采用合理方式控制东帮边坡滑移岩体.最后采用该方法对大孤山铁矿露天转地下进行方案设计和验证.     

平行四边形采场结构上行分段充填法的数值模拟

在分析分段充填法的应用现状及存在问题的基础上,以鲁中冶金矿业集团公司莱新铁矿为背景,综合考虑采场矿岩冒落特征,尽可能提高回采效率和爆破效果,避免采准巷道布置在充填体内等因素,提出了平行四边形采场结构的上行分段充填采矿方法,应用2D-σ有限元程序对其进行了数值模拟研究.研究结果表明:该方法在回采过程中不出现拉应力和较大应力集中,围岩应力周边分布均匀;回采后除下部充填体出现局部塑性区外,两边围岩及顶板不出现塑性区,说明莱新铁矿在破碎的厚大矿体中采用该方案是可行的.对比分析不同分段高度下围岩应力和塑性区分布,并考虑工艺要求,确定分段高度为10 m;考虑对相邻矿房回采的影响,提出充填体强度应在1 MP...     

杏山铁矿斜分条分段崩落法试验研究

杏山铁矿小杏山采区为层状倾斜厚矿体,原用垂直走向布置进路的无底柱分段崩落法开采,存在矿石损失贫化大、上盘侧回采进路地压显现严重、巷道支护工程量大等生产问题.研究提出斜分条分段崩落采矿法,即沿矿体延深方向,从上盘到下盘按斜线分条开采,每一分条在矿体里布置诱导冒落进路,在崩落本分段矿石的同时,诱导近上盘矿体自然冒落,冒落的矿石由设置在下盘围岩里的回收进路回采.该法较好地顺应了倾斜矿体崩落矿石的移动规律,降低了采切工程总成本.试验采场自2019年5月开始回采,现已回采两个分段,矿石回采率由74%提高到85.6%,贫化率由18%降低到15%,取得了良好的技术经济指标.     

深井连续推进跟随充填采矿技术

针对我国缓倾斜薄矿脉开采中存在的问题,从提高采场生产能力和减少回采作业中安全事故的角度出发,提出了水压支柱护顶无间柱连续推进条带式跟随充填采矿新技术．工业试验结果表明,采用这种采矿新技术,在缓倾斜薄矿脉开采中能使采矿与充填连续进行,极大地提高了采场生产能力,试验采场的生产能力达850t／m,贫化率小于7％,损失率小于5％．此外,由于采用了先进的可缩性金属支柱,单个支柱的最大工作阻力可达200kN,改善了采场顶板岩层的受力状况．采用具有帷幕壁面全面滤水特点的帷幕隔离快速充填新技术,使进入充填空区内的料浆浓度能在25min内达到饱和浓度(78％～80％),60min内充填体对采场顶板提供初期支护,大大改善了采场的安全作业条件     

三山岛金矿采空区地应力测量及其结果分析

采空区上部预留矿柱的回采工作影响到整个矿山的安全生产、采矿方法及其实施.为正确评价上覆岩层和围岩的稳定性情况,采用实现完全温度补偿的空心包体应变技术的套孔应力解除法对三山岛金矿进行地应力测量.建立了矿区地应力场分布模型,获得了三山岛金矿地应力状态和矿区的地应力分布规律.结果表明,三山岛地区地应力场以水平应力为主,符合我国地壳运动的规律.     

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。     

露天转地下开采模型试验系统及其应用

为研究露天转地下开采条件下,高陡边坡与地下采场围岩的变形和应力变化规律,研制出一种高陡边坡露天转地下开采模型试验系统.该系统由开采模拟方法和开采模拟系统组成,其中,模拟试验方法包含完备的模型制作和开采模拟技术,开采模拟系统包含模型框架、模型制作设备和模型监测系统.以大冶铁矿狮子山矿段为工程背景,运用该系统进行露天转地下开采模型试验研究,得到开采过程中矿区边坡、地下采场围岩的变形规律和破坏特征.研究结果表明:该系统具有良好的适应性,可满足露天转地下开采及其他大型地下工程物理模型试验研究的需要.     

北固山隧道施工力学特征及围岩变形控制

基于ANSYS软件,采用有限元法和BP神经网络建立数值分析模型,并确定围岩的力学参数.首先,考虑隧道开挖的空间效应,并分析围岩的位移场和应力场.然后,阐述围岩和边坡的破坏机理,从而进一步表明围岩的牵引作用对边坡和隧道稳定性的重要性.最后,应用所得破坏机理对北固山隧道围岩变形进行分析.结果表明:考虑边坡稳定性和围岩变形的技术方案是合理、有效的.     

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.     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。