中深孔崩矿阶段嗣后充填法采场结构参数优化

为获得合理采场结构参数,实现山东莱州望儿山金矿中深孔阶段崩矿嗣后充填法的安全高效开采,采用弹性薄板理论,分析不同跨度下顶板应力与厚度的关系,确定合理的开采参数范围;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计,采用数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;基于二阶响应面法建立最大拉应力、最大压应力和竖向最大位移的回归模型;将回归模型作为目标函数,采用遗传算法进行多目标优化,获得Pareto最优解集。研究结果表明:根据工程实际需要,矿房跨度为26.0 m、矿柱跨度为28.0 m及顶板厚度为6.7 m为开采最佳结构参数。     

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。     

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.     

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。     

深部高应力空区拱架效应与采场结构尺寸的相依性

基于采场顶板围岩破坏形式,构建空区顶板岩拱力学模型;利用无铰拱理论计算岩拱内力,选取深部采场跨度及矿柱宽度等因素作为相依性分析指标,推导采场跨度(l)及矿柱宽度(d)关于拱轴系数(m)及拱高(h)的数学表达式。以某深部高应力金属矿空区为研究对象,分析采空区拱架效应与其结构尺寸(采场跨度(l)及矿柱宽度(d))依存关系,并对顶板位移进行150 d监测。研究结果表明:当d一定时,l随着m减小而增大;当l一定时,d随着m增大而增大;当m=2,h=3 m,d=7 m时,矿柱合理间距为31 m;在150 d内,顶板最大位移变形在6 mm之内,未发生垮塌现象。该研究结果可为深部高应力条件下釆场结构尺寸设计提供依据。     

基于强度折减与ANN-GA模型的采场结构参数优化

为了得到合理的采场结构参数,对采场矿柱进行强度折减,采用矿柱塑性破坏区贯通作为相邻采场整体失稳的判据,参照类似矿山,确定采场结构参数选取范围,并结合FLAC3D数值分析软件得出选取范围内的数组参数组合下的安全系数,将所得安全系数作为BP神经网络的训练样本拟合各组合参数与安全系数之间的非线性关系.根据矿山工程实际情况,确定遗传算法适应度函数,从而搜索出选取范围内适应度函数的最优解以及最优解所对应的参数组合.结果表明:以某一铜矿为例,运用该方法求得最优解为0.2,对应的参数组合为:控顶高度7m,矿房跨度12m,矿柱宽6m.大大减少了数值模拟工作量.     

矿柱参数计算研究

将采场顶板假设为简支梁,应用材料力学理论,根据岩梁的假说,推导了计算顶板最大允许跨度公式,据此确定矿柱间距,并借助确定的硬岩矿柱强度的新方法设计矿柱参数.实践证明,该矿柱设计方法简便、可行,适用于开采缓倾斜及水平的坚硬矿体,可有效地防止采场顶板冒落.     

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.     

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.     

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.     

基于多方法联合的露天转地下境界矿柱厚度优化

以山东黄金集团归来庄金矿露天转地下工程为依托,基于理论计算、比例跨度法和相似条件类比法等多种方法进行联合分析,确定归来庄金矿露天转地下境界矿柱的最优厚度范围为6~15m.基于FLAC^3D,计算不同厚度境界矿柱条件下,地下开采对境界矿柱和边坡稳定性的影响.结果表明,当境界矿柱厚度小于10m时,地下开挖导致顶板变形量较大,且境界矿柱厚度越小,位移增量越大;当境界矿柱厚度大于10m时,地下开挖导致的顶板变形较小且趋于平稳,10m为境界矿柱厚度的最优值.     

落矿冲击作用下矿柱结构参数优化与稳定性分析

应用理论计算和ABAQUS数值模拟软件对6种桃形矿柱稳定性进行分析。首先,将开采中段划分为4个盘区进行开采;其次,基于结构力学模型,分析6种桃形矿柱参数对巷道在最大冲击力下的最小保护层厚度变化的影响;最后,对桃形矿柱在冲击作用下的巷道残余完整长度与垂高分别进行筛选,并选择桃形矿柱最佳设计方案。研究结果表明:在回采过程中,开采中段顶板受力状态由压应力变为拉应力,间柱压力增大,但顶板和间柱均稳定,未达到破坏强度;桃形矿柱坡度越大,保护层厚度越小;在冲击载荷作用下,坡度越小的桃形矿柱受破坏程度越小,高度越大的矿柱变形能越大;桃形矿柱坡角为60°、总高为15 m的方案为最佳设计方案。     

底摩擦模型模拟露天转地下开挖采空区影响下边坡变形破裂响应特征及其稳定性

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区深部缓倾斜中厚磷矿层露天转地下开采为工程背景,利用底摩擦模型实验仪,进行了不同露天坑境界顶柱厚度边坡高度下的底摩擦模拟模型实验.结果表明:边坡的变形破坏响应特征可分为边坡岩体小范围微破裂和松动→边坡岩体局部范围失稳破坏→边坡岩体整体向采空区滑落失稳破坏三个阶段,边坡岩体变形破坏模式主要是采动边坡岩体向采空的拉裂、破断和滑移破坏.在边坡高度一定情况下,随着露天境界顶柱的厚度由30 m逐渐减小到20 m和10m,边坡的稳定性与境界顶柱的厚度呈正比关系,20～30m是露天境界顶柱比较合理的厚度.在境界顶柱的厚度一定情况下,边坡高度由60 m增大到108 m,边坡的稳定性与坡高的厚度呈反比关系,108 m边坡转入地下开采后是不稳定的.     

考虑摩擦效应的薄层状岩体矿柱稳定性可靠度分析

为了更真实描述薄层状岩体顶板—矿柱系统的力学行为,提出了考虑岩层界面间摩擦效应的假定。基于提出的假定模型,得到了依据虚功原理建立的以位移为基本未知量的功能函数;借助FLAC~(3D)软件对简化的采场系统进行模拟,在线性假定范围内对比摩擦效应对模型各岩层力学行为的影响,并分析讨论摩擦效应对采场稳定性的影响;提取模拟结果中的位移数据,采用蒙特卡洛可靠度分析方法,计算有摩擦和无摩擦两种模型在不同埋深下最优的矿柱宽度。结果表明:界面摩擦效应对顶板—矿柱系统稳定性存在着不可忽视的影响;在存在摩擦效应的状况下,当矿房跨度为9 m时,50、100、150、200、300 m埋深下最优矿柱宽度为3、4、6、7、9 m,无摩擦模型偏于保守。     

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。     

倾斜中厚矿体卸压开采应力迁移规律

针对金属矿床围岩破碎、采准巷道受地压影响破坏严重的现象,应用数值模拟的方法,对不同开挖方式下岩体应力场变化规律和分布特征进行了分析,探讨了通过卸压工程调控应力场迁移的力学机制,为采场结构参数的优化提供了理论依据.研究表明:开挖矿体会造成附近岩体内的应力重新分布,采用增大空区跨度和减小空区高度的回采方案,可以实现卸压开采的目的;结合某铜矿倾斜中厚矿体条件,进路布置在距矿体下盘6 m处,进路附近的垂向应力降低18%,能够满足卸压及经济效益的要求.     

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。     

露天转地下开采境界矿柱安全厚度稳定性分析

以归来庄金矿露天转地下开采过渡期为工程实例,采用FLAC3D软件,分别考虑静态和动态载荷,对预留境界矿柱的安全厚度展开分析.在动载时,采用常用的三角形波模拟爆破施工荷载,得到爆破振动作用下不同厚度境界的振动速度和应力的分布规律.根据两者之间的统计关系,并结合岩石的抗拉强度准则,分析了不同厚度境界矿柱发生破坏的临界振动速度.计算结果表明:垂直方向振动速度和拉应力最大值之间为线性关系,可采用质点最大振动速度作为安全判据.当矿房跨度分别为8,10和12 m时,在动载作用下,最小安全厚度分别为8,14和18 m.     

大汉石膏矿开采技术改进研究

确定合理的矿柱尺寸直接关系到矿井的安全和高效生产,通过数值模拟分析软件UDEC4.0对矿层的开采方法进行优化分析,在采场围岩稳定的条件下,确定矿房宽6 m与矿柱宽6 m的方案为最优方案,采出率比现场实际方案提高12.9%.     

莱新铁矿六边形采场结构的可行性分析

为了有效解决莱新铁矿复杂地质条件下、矿岩破碎、裂隙水发育矿体开采问题。提出了六边形采场结构阶段充填采矿方法,并应用2D–σ数值分析系统对其采场结构稳定性进行分析。分析结果表明,六边形采场结构与矩形采场结构相比,能够较好地适应应力转移规律;对六边形采场结构不同结构参数下的应力分布、变形特征及塑性区大小等进行了数值分析。六边形采场结构是一种稳定结构;在莱新铁矿的模拟过程中,其采场围岩及充填体未出现较大拉应力和塑性区,证明该方法在莱新铁矿的可行性;并提出了该方法在莱新铁矿应用的最佳结构参数,该方法对类似条件矿山开采具有参考价值。