倾斜中厚矿体采场宽度优化

采用弹性力学分析得到顶板受力状态与采场宽度的关系,在计算所得采场安全开采最大宽度为12.1 m的基础上,结合矿山实际开采条件,提出采场结构参数初选方案;运用数值分析方法模拟获取不同结构参数下采场的力学响应特征;采用多目标决策理想点法综合考虑安全和经济两大因素,计算各方案评价指标集与理想解的向量相似度,得到各方案的优越度排序,最终实现采场结构参数的综合优化。研究结果表明:在开挖过程中,最大压(拉)应力与矿房宽度和矿柱宽度成正比,塑性区体积与矿房宽度成正比,安全率与矿房宽度成反比;矿房宽为12 m、矿柱宽为8 m的方案为综合考虑安全与经济因素的开采最佳结构参数方案。     

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.     

采场结构参数敏感性正交数值模拟试验研究

采用正交数值模拟试验方法研究采场结构参数对采场稳定性的影响;建立基于指标满意度的多指标正交数值模拟试验综合评价模型,选取采场宽度、采场长度、人工间柱宽度、再造结构体弹模等因素,进行4因素3水平的正交数值模拟试验;选取顶板沉降位移、底板臌起位移、最大压应力、最大拉应力、塑性区共5个指标进行基于指标满意度的多指标综合评价及敏感性分析;结合云南某矿进行了实例分析,采场宽度、采场长度、人工间柱宽度、再造结构体弹模对采场稳定性的敏感度分别为0.050,0.132,0.315和0.074.研究结果表明:人工间柱宽度是影响采场稳定性最敏感也是最重要的参数,随着人工间柱宽度加大,采场趋向不稳定;采场长度和再造结构体弹模对采场稳定性有显著影响;采场宽度对采场稳定性的影响较小.     

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.     

阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化

为确定某金矿阶段嗣后充填采场最优开采参数,采用弹性厚板理论,分析不同跨度下顶柱厚度与最大拉应力的关系;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计及数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;构建最大拉应力、最大压应力和最大竖向位移的二阶响应面模型,研究各响应量之间的关系;通过多目标优化及多属性决策的方法最终实现采场结构参数的综合优化。研究结果表明:顶柱最小厚度为4.00 m;矿柱跨度及顶柱厚度对采场力学响应产生显著影响,采场最优开采尺寸是矿房跨度为29.90m,矿柱跨度为31.40m,顶柱厚度为5.24 m。     

基于采矿环境再造的再构空间结构稳定性分析

软破矿体高效安全开采是一个现代采矿技术难题.基于采矿施工过程力学、结构力学理论基础,提出了采矿环境再造的新采矿技术与理论,即利用钢筋混凝土实现采矿空间结构再构,并以再构空间环境开展采矿作业.以Ansys软件为工具,对采矿环境的空间再构的结构进行数值模拟试验,分析其应力、变形和混凝土的裂隙演化状态.在采空区未充填和充填两种模式下,再构空间结构的最大垂直位移分别是0.30 m和0.14 m,而最大的拉应力达到3.8 MPa,最大压应力达到42.2 MPa.而采矿过程中,未充填的人工再构顶板结构混凝土中存在大量的二维裂隙,并且在顶板中心位置存在部分三维裂隙发育.结果表明,在进行采矿环境再构的构筑物,能够承受采动过程中的应力转移,但由于裂隙的存在,顶板需要采用合理的锚支补强和空区充填技术,强化再构顶板构筑物的安全稳定性.     

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.     

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.     

基于ANSYS的二步采场分段开挖过程模拟及稳定性分析

 为确保高应力大阶段二步采场高效安全回采,采用ANSYS对二步采场分段开挖过程进行稳定性分析,得到了各分段采场顶板和充填体的应力分布规律。结果表明,采场顶板处产生的最大拉应力(0.21～0.36MPa)大于矿体的抗拉强度值(0.17MPa);充填体距离采场顶板1m位置处有最大压力(0.90～2.00MPa),接近其抗压强度值(2.00MPa);随着开采分段向上推进,采场顶板的拉应力和充填体内的压应力均有降低趋势。针对数值模拟中二步采场存在的安全隐患,提出采用预护顶中深孔下向凿岩分段充填法回采二步矿房,预护顶采用预应力树脂锚杆+钢带(金属网)+喷浆联合支护方式,并根据数值模拟中获得的松动圈半径确定了支护参数。将支护方案应用到工程试验,试验采场安全效果较好。     

采矿环境再造连续开采地压演化过程的控制与仿真

针对传统采矿方法回采缓倾斜中厚矿体时存在的诸如地压控制和采场矿石运搬等方面的困难,提出采矿环境再造连续开采采矿方案。运用三维有限差分程序FLAC^3D对回采过程中的地压演化规律进行模拟研究,得出各采场应力场和位移场的分布和变化规律,优化采矿工程结构参数和回采顺序,提出切实可行的地压控制措施。研究结果表明：随着开挖逐步推进,围岩位移不断增大,应力集中现象明显,最大压应力达54MPa,最大拉应力达3．9MPa,接近围岩的极限强度;在尾砂回填后,底鼓量下降5mm,最大压应力降至32MPa,表明应力场和位移场均得到改善,能确保回采期间采场的稳定。