框架式大跨度矿房开采技术

新桥硫铁矿采用两步回采的分段空场嗣后充填法,回采其呈框架式布置的矿柱、矿房,由于矿房跨度大大超过矿柱宽度,且矿柱充填质量较差,使第二步矿房回采难度加大．在矿房回采试验中,作者根据数值分析结果,采用了分区爆破、最后暴露充填体的开采技术,使大跨度矿房回采获得了成功,取得了显著的经济效益,也为类似条件矿山的开采提供了经验．     

石膏矿房矿柱长期稳定性数值模拟研究

研究矿房矿柱在上覆岩层荷载作用下的长期稳定性对于保证石膏矿安全生产具有重要意义。运用FLAC3D软件粘弹塑性本构模型(cvisc模型),对石膏矿房矿柱的长期稳定性进行了数值模拟研究。结果表明:巷道开挖后,顶底板移近量随着时间的延长而增加,最终趋于稳定;模拟10年内矿房顶底板移近量最大达到185.368 mm,两帮最大达到67.734 mm,但整体来说矿房变形量相对较小;模拟矿柱所受最大垂直应力,计算得到矿柱安全系数为1.84;矿房矿柱能够保持长期稳定。研究结果对类似条件下矿房矿柱的合理设计和稳定性分析具有重要指导意义。     

复杂荷载作用下残采矿柱综合安全系数

为了安全地开采残矿矿柱,在构建矿柱受力模型的基础上,给出覆岩、采场内崩落体挤压、爆破震动等荷载对矿柱综合作用的轴向应力函数表达式;针对矿柱压缩、剪切破坏形式,提出综合荷载残矿开采环境下矿柱安全系数(K)的计算方法,给出矿柱压缩安全系数(K1)、剪切安全系数(K2)和综合安全系数(K)计算式,研究覆岩、崩落体及爆破震动等荷载对矿柱稳定性的影响。研究结果表明:矿柱垂直方向综合荷载与矿柱高度呈正相关关系,与矿柱宽度呈负相关关系;当矿柱宽度一定时,矿柱安全系数随着矿柱高度增加而递减。通过某大型金矿残采工程实例,验证了计算结果的可靠性。研究结果可为矿柱安全定量评价提供依据。     

深部厚大矿体回采顺序设计及优化研究

针对高应力环境下的深埋厚大矿体，开展安全高效回采顺序设计及优化研究，基于产能、技术和经济指标要求，提出了5种合理的矿房回采顺序和4种矿柱回收顺序，并利用FLAC3D进行数值计算分析.计算结果表明:在回采矿房的5种合理方案中，先开采1#，5#，9#，16#，12#矿房，后开采3#，7#，10#，14#，18#矿房的“大间隔分散布置”的方案，应力集中程度最低，位移变化最小，采场安全性最高，即为矿房的最优回采顺序；在回收矿柱的4种合理方案中，先回收2#，6#，11#，15#矿柱，后回收4#，8#，13#，17#矿柱的方案，应力集中程度最低，采场安全性最高，为最优回采顺序.比较不同方案的应力分布规律和顶板位移变化规律，可以看出，盘区内采场回采后，压应力向盘区中央的矿柱迁移，在盘区内间柱处产生应力集中区，易导致间柱内采准巷道发生变形及顶板垮落现象，需加强支护工作.     

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。     

破碎围岩条件下采场留存矿柱稳定性分析

采用岩体分级方法(RMR法)、Q系统和地质强度(GSI)指标对矿岩进行了工程地质评价,并通过扩展后的Hoek--Brown节理强度准则进行岩体力学参数确定.根据白羊矿段矿柱布置形式,推导出矿柱荷载公式,并确定了矿柱强度计算参数.针对井下矿柱主要破坏形式分别进行失稳机理分析.将正交设计法引入采场结构参数优化分析中,对各开采方案进行了三维数值模拟.运用正交极差分析法对矿柱稳定性影响因素敏感度进行评价.实践结果表明:采场高度控制在3.5～4.5 m,矿房宽度取值不大于5 m,矿柱直径不小于3.5 m留存矿柱稳定性基本能得到保障.     

挂帮矿充填法开采对高陡边坡及采场围岩稳定性的影响

以大冶铁矿高陡边坡下2#挂帮矿回采为工程背景,首先采用GEO--SLOPE软件对挂帮矿开采中边坡稳定性进行了分析;然后通过现场监测及模型相似实验相结合的手段,研究矿柱及围岩的应力及位移变化规律,探讨了挂帮矿充填法开采对采场围岩稳定性的影响.研究表明挂帮矿所在露天初始边坡经过扩帮及内部开采后,安全系数平均值由1.274下降至1.005,边坡稳定性较差;目前空区采场矿柱及围岩稳定性较好,但必须对现有采空区进行充填,改变空区及矿柱应力集中状态,才能进行矿柱及顶底板矿石回采.     

高含泥破碎矿体中基于预加固注浆的采场支撑体系优化

为解决汤丹铜矿4号矿体含泥量高、矿石回收率低及回采安全性差等问题,优选MP364化学树脂对其进行采前预加固注浆;首先,通过理论分析与现场注浆试验确定合理的注浆参数,并根据室内力学试验确定注浆后矿岩的力学参数;然后,对采场支撑体系进行研究并以矿柱宽度B与矿房宽度W为因素,基于正交设计确定9种采场结构参数;接着,分析不同方案的矿柱安全系数,并利用ANSYS与FLAC 3D等软件对地表岩移等指标进行数值模拟;最后,基于安全性考虑确定最佳的采场结构参数。研究结果表明:按推荐的注浆及采场结构参数开采的效果较好,放矿过程中矿石含泥量大大降低,矿石回收率与炮孔成孔率分别比矿山原有方案提高4.7%与20%,且注浆至今无发生空区垮塌或变形等情况。     

露天-地下联合开采保安矿柱稳定性

通过对矿柱力学模型的分析,得到不考虑平面应变问题的矿柱厚度计算公式,对回采前后矿柱的受力形态及破坏模式进行分析。利用统计学原理计算矿柱厚度影响因素(跨度、容重、强度、动载荷等)的变异系数,并进行权重分析,利用FLAC3D进行了矿柱厚度三维数值模拟,研究矿柱厚度为15,20和25 m时的最大主应力分布、剪应变率变化规律、矿柱沉降规律和塑性区分布规律,同时利用FISH语言编写安全系数计算程序。研究结果表明:贵州某矿保安矿柱厚度在20 m左右时既能满足稳定性要求又能兼顾有效回采的目的。     

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。     

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。     

露天转地下开采方案优化及边坡稳定性分析

以孟家堡铁矿露天转地下开采的实际情况为工程背景,利用强度折减法和FLAC3D数值模拟方法,以塑性区贯通、计算不收敛及位移突变为失稳判据计算边坡安全系数,确定潜在滑移面,分析静态及开采扰动下的边坡稳定性;根据随采深下降的边坡破坏规律,对开采方案进行优化.分析结果表明,无开采扰动下边坡安全系数为194,满足稳定性要求;不留境界矿柱的无底柱分段崩落法地下回采过程中,覆盖层厚度要达到25m,其起到吸收并转移应力和减缓边坡能量耗散速度的作用.     

深部复杂金矿体充填开采对地表建筑物稳定性影响

为研究深部复杂矿体开采对地表建筑物稳定性的影响，借助概率积分法计算安全开采深度;采用3D Mine-Rhinoceros-FLAC^3D耦合构建矿区三维模型，进行地表安全性及变形规律研究.结果表明:①采用充填法进行深部矿体开采，地表产生均匀沉降变形，最大主应力随回采步骤增加呈多项式增长趋势，最小主应力呈线性增长趋势，扰动高度沿矿体走向呈正态分布趋势;②矿体的开采使其正上方产生“盆地式变形”，并依据安全性参数进行地表扰动边界圈定;③当下沉变形值小于10mm、变化率大于0.5时和下沉变形值大于10mm而小于20mm、变化率大于1.5时，地表均为整体下沉现象，稳定性不受影响.     

基于极限平衡的某磷矿边坡稳定性分析

边坡失稳已成为露天矿山最大地质灾害之一,而影响边坡稳定性的因素却是错综复杂的。息烽磷矿露天开采已达到设计开采标高,资源量已不能满足矿山开采能力的需求,矿山需从露采转入地下开采。针对地下开采对露天边坡稳定性问题,采用极限平衡方法对潜在滑坡段边坡安全系数进行了定量计算,结果显示,边坡安全系数为1.21,处于基本稳定状态。后期受露天转地下复合扰动作用以及其他外在因素影响,其稳定性可能降低,对此提出相应的控制技术措施对潜在不稳定边坡进行防治。     

力学性能对矿柱体系破坏影响的三维数值分析

在深部高应力等复杂地质条件下开采时,由多个矿柱构成的矿柱体系的稳定性对矿山安全生产至关重要.利用RFPA^3D-Parallel程序,研究了单轴抗压强度对串行和并行矿柱体系破裂过程的影响.结果表明,串行矿柱中强度较弱部分的失稳决定整个体系的稳定,对该段加固和监测有助于体系的稳定性控制;对并行布设的矿柱体系,其压力传递与柱的抗压强度密切相关,较弱柱先破坏,应力依次向强度较高的柱转移,直到矿柱系统失稳;可将声发射数的多峰现象或声发射累积增长阶梯型弧段作为矿柱体系中弱柱失稳破裂、应力向相邻强柱转移的依据.     

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.     

基于Hoek-Brown强度准则磷矿体开采稳定性分析

磷矿是保障精细磷化工生产和粮食供应的物质基础,而地下缓倾斜磷矿体的开采一直是个难题.该文以湖北兴山后坪矿段磷矿层地下开采为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D,基于Hoek-Brown强度准则,对磷矿层的开采过程进行了数值模拟.首先进行单轴压缩模拟试验,求得各岩体的单轴抗压强度、弹性模量和泊松比,模拟试验结果和室内试验结果基本一致.然后研究了磷矿层开采过程中采空区围岩的应力变化情况、上覆岩体的位移规律和矿柱屈服区分布情况,从而评价采空区的稳定性.最后,分析了在缓倾斜磷矿体中实施浅孔房柱法开采的的可行性.     

深海能源土含气储层边坡稳定性研究

深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化,诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响,以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景,针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象,基于有限元强度折减法建立数值模型,分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题,得到相应安全系数。研究结果表明：黏土含量越高,海底沉积物边坡的安全系数越低,边坡稳定性越差;含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响,安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势;采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数,边坡稳定性增强。     

阶段嗣后胶结充填体矿柱强度模型研究与应用

利用滑楔体极限平衡理论,建立胶结充填体矿柱侧向滑移失稳模型,考虑采场结构参数、充填材料自身特性和充填体-矿岩(柱)接触面特性的影响,分别得出胶结充填体矿柱与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时所需强度模型。以中关铁矿为工程分析实例,开展室内充填配比试验。研究结果表明:当胶结充填体矿柱后壁与矿壁和非胶结充填体矿柱接触时,胶结充填体矿柱所需强度随阶段高度的增加分别呈对数函数和线性函数增长;中关铁矿胶结充填体矿柱所需强度为0.78~0.82MPa,经典强度设计模型计算值偏小,需选取安全系数为1.5~3.0;推荐中关铁矿使用的充填配比为灰砂比1:10、料浆质量分数70%,抗压强度、泌水率、塌落度和流动度均能满足采矿作业需求,水泥用量与原推荐方案相比可降低45.7%。     

综放回采巷道护巷煤柱合理宽度分析

针对较薄厚煤层综放开采留煤柱护巷回采巷道围岩大变形、难支护的特点,基于弹塑性极限平衡理论分析得出的煤柱合理宽度计算式,以谢桥矿1151(3)综放面回采巷道为研究对象,定性定量分析护巷煤柱宽度合理留设的影响因素及相互间的力学关系.结果表明,提高支护阻力、优化支护参数、加大采空侧对煤柱的侧向约束力是提高巷道围岩和煤柱整体承载能力、保证巷道整体稳定性的有效途径.研究成果为类似条件综放开采留煤柱护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据.