某矿采场结构参数设计及顶板稳定性判别

某矿采用人工矿柱代替原生矿柱的房柱采矿法回采,首先根据采场顶板围岩的应力分布和破坏机理得出矿房宽度;然后通过考虑人工矿柱应承受的压力与矿柱强度的关系,在一定的安全系数条件下计算出人工矿柱的宽度,确定出合理的采场结构参数;最后通过Mathew稳定图表法,判别出该采场结构参数对应顶板暴露面积的稳定性。研究结果表明:通过计算得出的采场结构参数为:矿房宽度14 m,人工矿柱10 m;运用Mathew稳定性图表查出N=18.31和S=6.14时,对应的采场顶板暴露面积落点位于稳定区,判别出采场顶板稳定性较好,暴露面不需进行全面支护,只需有局部支护用于控制岩块的片落。     

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.      

采空区稳定性数值模拟分析

为了研究采空区的稳定性,在现场详尽调查、室内力学试验基础上,应用FLAC-3D方法对采空区应力分布规律以及围岩变形进行数值模拟,研究表明:随着各阶段矿体回采,空区各间柱及顶底板出现正应力集中区;各阶段空区间柱、顶底板、空区两侧围岩显现出压应力集中区;采场应力在增大,偏移量也相应的增大;矿柱在压应力的作用下可能形成突变剪切破坏.     

复杂条件下隔离矿柱回采的稳定性分析

以某矿隔离矿柱回采为工程背景,采用数值模拟和相似材料试验两种方法对崩落法采场和充填法采场之间隔离矿柱回采过程中的稳定性进行精细分析。研究表明,随着采空区宽度的增加,采场中应力逐渐向留设条形矿柱中进行转移,随着条形矿柱宽度的缩小,稳定性逐渐变差,当条形矿柱宽度为2.5 m和3 m时,条形矿柱及采场整体稳定性较好,兼顾回收率与稳定性,预留条形矿柱宽度为2.5 m是合适的。空区回填后,条形矿柱中的应力值有大幅的下降,而崩落法采场、充填法采场及顶板中的应力充填前后基本不变,回填后充填体能起到良好的支撑作用,而充填法采场和崩落法采场中应力分布不受充填体的影响。     

基于FLAC~(3D)数值模拟的某钨矿缓倾斜矿体采场矿柱稳定性研究

针对采用全面采矿法的矿山,其采场矿柱的位置与尺寸留设一直是矿山安全高效生产关注的问题。通过对某钨矿缓倾斜矿脉采场回采过程中的矿柱留设进行数值模拟研究,采用FLAC3D三维有限元数值模拟软件建立采空区、围岩单元模型。根据采场周围应力、应变的计算结果显示,整个采空区顶板沉降均匀,顶板围岩位移呈拱形分布,开挖区间中部位移值略大于两侧,采场布置3排矿柱可以保障整个采空区的稳定性,为矿山采场开挖及采空区稳定提供科学依据。     

基于3DEC的柴胡栏子金矿全面采矿法残留矿柱稳定性分析

柴胡栏子金矿全面采矿法采场残留矿柱资源回采过程中面临的关键问题是如何有效地控制岩层的变形和破坏,以及合理调控采场地压。采用3DEC数值模拟软件模拟了无矿柱回采和人工膨胀矿柱替代原生矿柱回采的2种回采方案。模拟结果表明:矿柱的存在极大地改善了上盘围岩的应力状态,与无矿柱开采方案相比较,围岩最大拉应力由0. 861 6 MPa降低为0. 124 57 MPa,围岩最大压应力由9. 509 MPa降低为8. 601 9 MPa,上盘围岩最大下沉量由3. 245 mm降低为1. 514 7 mm,采场顶板未产生塑性区,采场顶板的稳定性较好。工业试验表明:采用人工膨胀矿柱替代原生矿柱的方式回采残留矿柱能够确保回采过程中顶板的安全与稳定,有效地延长了矿山的服务年限,保障矿山可持续发展。     

基于围岩应力测量的矿块结构参数优化

曹家洼金矿Ⅱ号矿体307、308采场顶板曾发生垮塌,为了掌握该矿体开采过程中的围岩应力及地压显现特点,采用应力解除法并辅以顶板下沉观测和矿柱外形观察的方式,结果表明采场长度达35m时,开始出现拉应力,并随长度的增加而增大;采场高度超过20m之后采场压力逐渐增长;顶板下沉量随采场跨度增大而增加,最大下沉量为8mm。开展采场围岩应力测量,其结果用以指导矿块设计和采场顶板控制收到了良好的安全、经济效果。     

基于FLAC~(3D)的房柱法采场人工矿柱参数优化模拟

基于某矿的开采现状,根据采场顶板围岩的应力分布和破坏机理,得出不同开采深度条件下的矿房宽度,根据覆载下充填体人工矿柱的力学分布特征,综合考虑采场与矿柱的几何特征、力学性质、原岩应力场的变化等因素得出各中段合理矿柱宽度,并借助数值分析软件FLAC~(3D)分析人工矿柱结构参数对房柱法采场稳定性的影响,根据分析结果最终确定出合理的人工矿柱合理参数。     

夏甸金矿隔离矿柱回采的相似材料模拟试验

为了探究夏甸金矿隔离矿柱在回采过程中的稳定性情况,采用相似材料模拟的方法进行了研究。本次相似材料模拟选用的区域为北翼-535 m水平至-595 m水平的隔离矿柱。相似材料模拟试验结果表明:条形矿柱的最小宽度为2. 5 m,当宽度小于2. 5 m时,条形矿柱中出现明显的破坏。此外,在分步回采过程中,卸压作用前半段强于后半段。在向上回采的过程中采空区顶板、条形矿柱、崩落采矿法采场及充填采矿法采场中应力均有小幅下降。采场中总体位移量较小,对生产影响小。     

基于采场结构参数优化后的充填体强度数值模拟

合理的采场结构参数能够有效控制岩体位移,改善围岩应力分布状态,提高采场稳定性。为确定高尔奇铅锌矿采场最优结构参数,根据矿山地质条件和矿体赋存状态,建立5种采场结构模型,通过有限元软件ANSYS进行数值模拟,综合考虑顶板、间柱和充填体柱的拉应力、压应力及位移变化,引入安全系数对各模拟方案进行对比分析。结果表明：拉应力在模型边界发生应力集中现象;压应力侧帮靠近采场两端处发生压应力集中现象;随着空区跨度的增大,位移量呈逐步增大趋势;综合安全、经济和技术等因素,最终优选出的采场结构参数为75.0 m×6.0 m×1.8 m。但由于矿山自身条件制约,矿山过渡阶段拟采用的采场结构参数：矿房为75.0 m×3.5 m×1.8 m,矿柱为75.0 m×6.0 m×1.8 m。为确定与之匹配的充填体强度,再次进行数值模拟,确定最佳充填体强度范围为1.2~1.4 MPa。矿山过渡阶段的实践表明,该方案提供了安全的作业条件,取得了良好的经济效益,对于类似矿山开采具有一定的借鉴意义。     

人工底柱下的采矿实践

针对陕西银矿13号矿体围岩破碎、易冒落现状,为确保下中段矿房回采时有安全可靠的工作顶板,充分回收资源,提出了人工假底方案。根据对假底应力应变状况的数值模拟分析,选择了稳定性好的垂直底板坡面线的人工斜底柱形式;根据造价对比分析,选择具经济优势的全粒级碎石混凝土作为斜底柱的浇筑材料。实践表明：在人工斜底柱自稳基础上,结合有效的综合控顶和地压管理措施,可以实现矿房的安全开采,降低矿石贫损指标,充分回收资源。     

某铜矿水平矿柱稳定性数值模拟分析

采用基于surpac的FLAC3D模型自动生成方法,建立数值计算模型模拟分析某铜矿预留水平矿柱在深部开采的影响下,其稳定性状态。数值模拟结果表明:深部西部厚大矿体开采对水平矿柱的影响程度要大于东部,这使得水平矿柱在西部区域形成一定的应力集中现象;水平矿柱整体的垂直位移绝对值较小,没有出现大的波动值;水平矿柱的塑性区主要出现在顶底板,内部塑性区范围趋近于零,这说明水平矿柱的内部未产生严重的破坏。综合分析可以得出,下部矿体开采对水平矿柱稳定性会产生一定的影响,但是不至于出现较大的变形破坏,不会在下部矿体的回采过程中出现失稳现象。     

某地下矿山开采对井筒的影响性研究

采用MIDAS/GTS NX对某矿山的矿体、围岩、井筒的整体三维数值模型,论证设计对井筒留设12 m的保安矿柱的合理性,进行了有限元数值模拟分析。数值计算结果表明:从位移结果方面来看,在保安矿柱内部盲提升竖井范围内,在矿体上盘区域井筒发生最大竖直位移为-1.03 cm,矿体开采区域下盘井筒附近发生最大竖直位移为+0.41 cm,矿体开采对井筒产生的变形量较小;从塑性区结果来看,矿体开采后塑性区主要分布在矿体开挖空间附近,塑性区面积为22.1%,最大塑性变形为9.19×10^-4,在井筒周边岩体仅有少量单元发生塑性破坏。综合以上分析得出,某地下矿山设计提出的井筒设置12 m保安矿柱的方案合理。     

矿柱置换技术在金凤公司的应用

介绍了国内黄金矿山空场采矿法回采残留矿柱及采场项板管理状况，分析了混凝土人工矿柱置换矿石矿柱的可行性。针对金凤公司采场残留矿柱及回采条件，进行了混凝土人工矿柱技术参数的设计和施工。应用实践表明，采用混凝土人工矿柱置换矿石矿柱，不仅可充分回收有限资源，同时可保证采空区的稳定，达到增加企业经济效益，延长企业服务年限的目的。     

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采，然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填，为了提高回采效率，需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体，依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度，结合矿山现有采矿装备与充填条件，在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上，提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段，在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道，上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道；采用中深孔连续落矿的同时，利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计，大大减少了采准、切割工程量，缩短了采准、切割时间；通过采用连续开采减少矿柱留设，提高矿石回采量；采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明：对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采，提高了矿块的回采率，降低了矿产资源损失量。     

动力扰动下深部出矿巷道围岩的变形特征

以冬瓜山铜矿井下900 m深处的出矿巷道作为研究对象，基于“隔一采一充一”阶段凿岩、分段崩落的回采方案，利用FLAC^3D数值模拟软件研究了静动态开挖过程中出矿巷道围岩的变形特征。模拟相关岩体力学参数由三轴压缩及频繁冲击扰动试验数据折减获得，采用Mohr-Coulomb模型进行静态开挖分析，结合Strain-Softening模型进行动态扰动影响模拟分析。研究结果表明：爆破产生的扰动促使围岩变形加剧，但不会改变静态开挖时围岩变形演化的规律；开挖时巷道周边产生应力卸荷现象，且顶板出现拉应力，靠近采场巷道两帮应力离散性大，造成顶板易产生拉伸破坏，靠近采场巷道两帮易发生片帮；结合深部出矿巷道实际稳定情况，推测巷道顶板及靠近采场部位易产生破坏，需加强支护，其余部位稳定性相对较好。     

良山铁矿井下采空区地压管理探索

在矿床地下开采中,采空区岩体的原始应力一旦被破坏,岩体应力就会重新分布,很容易引起顶板下沉和垮塌、底板鼓起、片帮、地表移动等一系列地压灾害。采取预留矿柱、支护井巷围岩、充填采空区、崩落围岩降低围岩应力等地压管理方法可以尽可能地减少地压危害的发生。     

房柱采矿法采场结构参数优化理论研究及应用

为了确定云南某磷矿房柱采矿法合理的采场结构参数,采用各力学理论分析方法,计算了不同采场深度下矿房的极限跨度,同时以分析矿柱的稳定性确定矿柱的合理尺寸。研究表明,分别以太沙基理论和等效覆岩总重假说作为顶板所受荷载时,在各力学理论下分别得出矿房的极限跨度。根据计算结果分析得出：太沙基理论仅适用于浅埋地压;以等效覆岩总重假说作为顶板所受荷载时,弹性力学简支梁理论不适用深埋地压,其他各力学理论基本符合实际,并利用矿柱稳定性分析确定了矿柱的合理尺寸。该研究为采场结构参数的理论优化及实际应用提供一定的理论依据与参考。