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.     

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。     

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.     

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。     

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%.     

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。     

基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值模拟厚大矿体开采方案与采场稳定性研究

针对淮南某厚大铁矿-500 m中段采场回采,应用FLAC3D建模并进行开挖模拟.对不同开采方案中采场稳定性进行研究分析表明:采场开挖后,在采场四周角落处应力集中最大,易产生剪切破坏,在顶板中央发生位移变形最大,采场顶板容易垮塌;采场长宽为30 m×30 m时,采用两矿房或三矿房同时回采,采场保持稳定,最大应力集中系数为1.5,矿岩自身强度满足自稳要求;采场长宽为40 m×40 m,三矿房同时回采时,由于采空区暴露面积过大,集中系数达1.7,顶板受拉且充填体受压发生剪切破坏,矿岩不足以维持自稳状态.在大规模开采条件下,最终选定采场参数30 m×30 m三矿房同时回采为矿山开采方案.     

基于FLAC~(3D)数值模拟厚大矿体开采方案与采场稳定性研究

针对淮南某厚大铁矿-500 m中段采场回采,应用FLAC3D建模并进行开挖模拟.对不同开采方案中采场稳定性进行研究分析表明:采场开挖后,在采场四周角落处应力集中最大,易产生剪切破坏,在顶板中央发生位移变形最大,采场顶板容易垮塌;采场长宽为30 m×30 m时,采用两矿房或三矿房同时回采,采场保持稳定,最大应力集中系数为1.5,矿岩自身强度满足自稳要求;采场长宽为40 m×40 m,三矿房同时回采时,由于采空区暴露面积过大,集中系数达1.7,顶板受拉且充填体受压发生剪切破坏,矿岩不足以维持自稳状态.在大规模开采条件下,最终选定采场参数30 m×30 m三矿房同时回采为矿山开采方案.     

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.     

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。     

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.     

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。     

深部回采矿柱稳定性影响因素分析及其应用

为研究深部回采过程中矿柱稳定性影响因素的敏感程度,在保证矿柱安全的前提下,科学设计合理的矿柱宽度至关重要。以黑良山磷矿为研究背景,分析深部回采矿柱承载机理、失稳形式和主要影响因素,运用普氏理论和BIENIAWSKI矿柱强度公式推导方形矿柱的安全系数计算公式。设计基于正交试验的极差分析法对矿柱稳定性影响因素的敏感性进行分析,并研究矿柱安全系数与主要影响因素之间的关系。结合黑良山磷矿工程实例,计算深部开采中矿柱的合理宽度。研究结果表明:对矿柱稳定性影响最显著的因素为矿柱宽度、矿房宽度和矿柱抗压强度;矿柱安全系数随矿柱宽度的增加呈幂函数递增,随矿房宽度的增加呈负指数递减,随矿柱抗压强度的增加呈线性函数递增;验证了所计算的深部开采中矿柱宽度的合理性,可为深部开采中矿柱合理宽度设计提供依据。     

大汉石膏矿深部开采合理间柱宽度研究与应用

兰陵石膏集团大汉矿-520 m深部地压显现明显,爆破震动对巷道围岩损伤程度逐渐加重,出现变形增加、劈裂的现象,以原设计采场结构参数(采宽6 m,采高15 m,采长20 m,留设6 m间柱)进行开采难以满足安全生产的要求。在实测爆破震动波速的基础上,应用FLAC3D有限差分软件,对大汉石膏矿-580 m水平深部采场稳定性进行动力学分析。结果表明,在矿房尺寸不变的情况下,留设6 m、8 m间柱时,在静力及爆破震动影响下,间柱均出现较大范围的剪切破坏区域。严重影响采空区的稳定性;留设10 m间柱时,围岩无明显损伤区域。因此推荐合理间柱宽度为10 m,经过现场实验及位移监测,得到了较好的安全效果,对此类矿山深部安全开采具有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

某矿山Ⅲ号矿体采空区安全性评价

为保证某矿山Ⅲ号矿体+138m中段部分残留矿柱回采工作的顺利进行,需对采空区的安全性进行评价。通过对+138m中段采空区进行实地调查并取样试验,获得了采空区和矿柱的空间分布形态及矿岩力学参数。在此基础上,利用有限差分软件FLAC3D及经典力学理论对采空区顶板及采场预留间柱的稳定性进行分析。结果表明,+138m中段采空区总体上处于较稳定状态,除局部区域安全度略有不足之外,其他区域整体上安全度较高,因此在合理的回采方案下回收部分残留矿柱是安全可行的。