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.     

采动岩体应变-渗流耦合效应与致灾机理分析

为了研究承压开采背景下顶板岩层破断和渗流规律的时空关系特征,在理论分析的基础上建立了基于有限元数值分析的等效连续介质流固耦合数学模型,嵌入了应变—渗透系数的耦合本构关系,应用于工程实践。得出采场围岩渗透性演化规律、含水层中孔隙压力演化规律及采动破坏区发育范围与渗透性增大区对比关系。研究结果表明:将岩体渗透性演化规律与岩体采动破坏区发展规律共同作为计算和设计防水煤柱的判据,更加符合现场实际;研究成果对厚松散层高承压含水层下安全高效开采具有指导意义。     

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FLAC3D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...     

冬瓜山铜矿深井开采岩爆危险区分析与预测

根据冬瓜山矿床典型岩石的抗拉试验、全应力应变试验和峰值强度变形状态下的松弛试验结果以及矿床构造、岩性分布,研究了该矿床岩层的岩爆倾向性分布特征,分析了已发生的井巷岩爆特征;采用数值模拟方法,以硐室周边最大切向应力与岩石的抗压强度之比为判别指标,对采场围岩岩爆危险区进行了预测.研究结果表明矿体和矿体上盘岩石具有中等岩爆倾向,矿体下盘岩石具有弱岩爆倾向,它们都属于诱导性的岩爆;岩爆发生于具有岩爆倾向、应力大且能够产生能量突然释放的区域,主要集中于工程的交叉处附近、不同岩层的接触带附近的较坚硬岩体以及采场顶板、矿柱和采场四角的局部区域.     

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.     

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。     

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。     

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.     

东海煤矿深部回采工作面矿压规律

为了得到深部回采工作面的矿压显现规律,采用相似模拟、理论分析、数值模拟与现场观测相结合的方法,对东海煤矿32#煤层左九工作面顶板活动规律,上覆岩层移动、破坏规律以及支承压力的分布规律进行了理论分析与实践研究,得出了该工作面顶板活动的各项参数和上覆岩层移动、破坏的范围以及支承压力的分布变化规律。研究表明,深部开采工作面随着采深增加,支承压力有所增加,支柱载荷也增大,但顶板活动规律、上覆岩层移动规律与浅部开采相比变化不明显。该结论为龙煤集团同类矿井进入深部开采阶段采场围岩控制设计提供了参考依据,对其他同类矿井具有很好的借鉴作用。     

缓倾斜中厚矿体机械化采矿理论与技术

分析了缓倾斜中厚矿体开采过程中, 在地压控制和采场矿石运搬方面存在的困难, 从充分发挥无轨设备的工作效率和回采作业的安全角度出发, 提出"大盘区、小分段"的设计理念;通过数值模拟, 分析了采空区顶板形状对采场稳定性的影响, 强调了优化采空区顶板形状对控制采空区顶板稳定的重要性. 试验结果表明: 在大红山矿区的岩层条件和原岩应力作用下, 采空区的跨度不应大于20 m. 工业试验结果证明, 以上述理论为基础提出的小分段空场开采嗣后尾砂与废石混合充填采矿工艺充分发挥了无轨采掘设备的效率, 保证了采场顶板的稳定, 改善了作业人员的工作条件, 与传统的采矿工艺相比, 生产效率提高了3倍以上.     

我国首创的SQZ-1型潜孔钻车及其稳定性分析

本文介绍了SQZ-1型潜孔钻车的结构,工作原理以及管锥式锚杆锚固轨床时钻车工作稳定性的分析。该钻车设计新颖,结构紧凑,集液压、电气、机械、操纵系统在同一钻车上。钻车采用轨轮非自行式。工作时采用直角座标移换孔位和管锥式锚杆锚固轨床;钻车一次“定位”后,即能钻凿同一方位,同一倾角的平行深孔。钻车工作稳定,操作简便。运输时可进入4号罐笼,可通过设置漏斗的巷道,进出峒室无需道岔。该钻车适应于深孔分段爆破法掘进天井,溜井和下向前倾60～90°,下向左右70～90°,采幅为2400mm的采场深孔。     

云驾岭铁矿村庄下开采的采矿方法研究

依据自然支护原理针对云驾岭铁矿确定的开采网目，应用“采矿方法数据库”探讨了云驾铁矿村庄下开采的具体采矿方案，提出了普通房柱法，预控顶房柱法，大矿柱底盘漏斗采矿法等采矿方案。矿块矿石回采率达５０％多，贫化率６％左右。为建筑物下采矿开辟了新的途经。     

缓倾斜薄矿体采场伪倾斜布置及参数优化研究

为了实现高效低成本开采缓倾斜薄矿体的目标,基于对缓倾斜薄矿体开采方法以及铲运机运距的研究,利用数学方法定量分析了伪倾斜采场布置中的各个采场参数之间的关系,得到各采场参数之间的数学公式,为生产实践确定采场参数提供了理论参考标准。针对国内某矿山1～9号缓倾斜薄矿体,在伪倾斜布置理论分析的基础上,运用正交试验方法对矿山采场参数的确定进行优化定量研究,选出最优的采场参数布置方案以及各因素影响采场指标值(采矿生产能力和采场成本)的权重大小,确定最优方案为A2B2C1,即矿体伪倾斜布置方向与矿体倾向夹角为45°、采场宽度8 m、采场沿倾向长度50 m。改善了传统采场参数的定性确定,提供了科学、准确、定量的理论判定依据,使得采场的生产能力得到提升以及采准工程的布置成本减低。此优化方案可推广应用到类似矿山。     

硬岩采场新型预应力膨胀支柱的研发及应用

针对硬岩采场原岩矿柱损失率高、传统人工矿柱无法有效接顶等难题,利用自主研制的膨胀材料水化反应后体积增大特性,研发一种新型预应力膨胀支柱;基于室内和现场工业试验,测定其膨胀力学性能和承载机制.试验结果表明,桶式膨胀装置(即膨胀支护动力源)在约束条件下,随着膨胀材料装填量的增加,其主动支撑力增加,且增幅逐渐加大;在全约束且...     

自然支护法力学原理的研究

以矿山井下矿柱的实际形态为基础，建立了模拟测试方法和理论分析基础，提出了实用抗压强度这一概念，从而奠定了“自然支护法”在三下采矿工程中应用的理论和实践基础。     

深孔分段爆破法掘进采空区充填井成井的研究

采空区掘进充填井是一次回采嗣后块石胶结充填采矿法的关键。如不解决,采空区将不断扩大,势必造成地压危害和残留空场硫铁矿矿石氧化自然发火。而新桥硫铁矿采空区已达10~4m~3以上。解决采空区充填井已是燃眉之急。采用SQZ-1型潜孔钻车钻凿深孔而后分段爆破成充填井的成功,既解决了新桥矿采空区充填问题,又解决了其他方法不能掘进采空区充填井的问题,对类似矿山有较大的推广应用价值。     

大规模采场三维探测及回采指标可视化计算

针对我国金属矿山大规模采场回采指标难以准确获取的现状,综合运用空区激光探测系统(CMS)和大型矿床三维软件Surpac等数字化工具,结合凡口铅锌矿N3-4采场实际,研究一种新颖的大规模采场回采指标可视化计算方法.采用CMS探测三维采场空区,以宅区实测数据为基础运用Surpac构建采空区三维可视化模型,获取采场空区的三维形态和实际边界;运用采场设计资料,建立采场回采设计模型及矿岩边界模型,通过模犁间的布尔运算,计算出采场存留矿量、回采总体积、采下废石量、采下充填体最、采下纯矿石量、回采总量及回采贫化率等,从而有效地实现了大规模采场回采指标的可视化计算.研究结果表明:采用该方法计算获得的采场回采指标可靠,可用于矿山实际生产管理和同采质量评估.     

基于蠕变损伤耦合的海底开采点柱稳定性分析

 针对海底金属矿开采过程中采场留设点柱的稳定性问题,采用损伤统计本构理论,在西原模型的基础上提出一种参数获取相对简单的三维非线性蠕变损伤模型,并给出由稳态蠕变向加速蠕变过渡的判定方法.利用ANASYS 数值软件分析了三山岛金矿新立矿区海底点柱式充填采矿法矿房的应力分布,并应用三维非线性蠕变损伤模型对点柱稳定性进行了黏弹塑性损伤分析和渗流分析.该模型充分考虑了岩石的基本力学参数和工程地质调查结果,可推广至其他流变物理模型,对于大型岩土工程的蠕变渗流分析具有较强的适应性.     

改善原地溶浸工艺中矿石破碎质量的力学机理

通过改善矿石的破碎质量,提高矿堆的渗透性,使原地溶浸法开采稳固性和渗透性极差的低品位铜镍矿石成为可能.依据矿石中缺陷存在的情况,应用断裂动力学和损伤力学的观点,着重分析了爆炸应力波能量加载对矿石破裂、损伤行为产生的影响;对矿石块体中贮存爆破动能加载,致使块体产生破裂或损伤的行为进行了探讨.此外,对浸蚀裂解与作用在爆堆上的地压能在破裂或损伤过程中所起的辅助作用进行了讨论.给出了应用中深孔挤压爆破技术,原地崩落低品位铜镍矿石,形成溶浸矿堆的一些相应相关技术参数.分析结果表明采用合理的爆破技术,可以改善应力波和爆破动能的加载条件,能提高矿石块体的破碎质量及累积损伤程度;借助于浸蚀裂解与地压能的作用,可进一步改善堆浸矿石的块体分布,提高溶浸液与有用组分的接触和被浸出的机会.     

顺层岩质边坡稳定性影响因素灰色关联分析

首先用离散元软件UDEC计算出顺层岩质边坡稳定性安全系数在不同因素影响下的大小,再依据该结果用灰色关联方法分析7个不相关因素(岩层倾角、岩层厚度、岩体密度、层面内摩擦角、层面粘聚力、岩体内摩擦角、岩体内聚力)对顺层岩质边坡安全系数敏感性影响。研究结果表明:层面粘聚力和岩体内聚力对顺层岩质边坡稳定性影响比较敏感,岩层倾角、岩体密度、岩层厚度以及层面内摩擦角次之,岩体内摩擦角相比之下较不敏感。该结论为以后顺层岩质边坡的设计及其治理提供了评价依据。