深埋厚大矿体采场结构参数优化

合理的采场结构参数可使采场处于有利的力学状态,使围岩的应力、应变分布趋于均匀化,在保证开采系统稳定和生产安全的前提下,减少支护工作量,提高采矿强度和生产效率。在深入分析思山岭铁矿地质概况与采矿方法的基础上,对影响矿房回采稳定性的矿房高度、矿房宽度、采场长度、矿柱宽度、矿柱充填方式等5个关键因素进行2水平正交设计,获得8种试验方案。运用大型岩土软件FLAC3D对盘区内不同方案的采场结构参数进行数值模拟研究,分析其在不同结构参数下应力、位移、塑性区等特征,初步得出采场处于最有利力学状态时的结构参数方案(采场高60 m、采场长60 m,矿房宽18 m、矿柱宽20 m的参数方案)。计算结果表明:回采过程中,采场长度对顶板应力和顶板位移的影响最大,采场越长,应力值越大,且压应力主要在盘区间柱集中,顶底板处出现拉应力集中。分析结果可为盘区矿房矿柱的安全高效回采提供技术支持。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

矿柱稳定性影响因素敏感性正交极差分析

基于正交极差分析方法对矿柱稳定性影响因素敏感性进行了评价。在分析矿柱荷载、强度、失稳势函数、破坏形式的基础上,总结了影响矿柱稳定性的主要因素;针对矩形矿柱8个主要影响因素：采深、矿房宽度、矿柱宽度、矿柱高度、矿体的单轴抗压强度、上覆岩层的容重、矿柱长度、矿柱长度方向的间距,建立了计算矩形矿柱安全系数的简化公式。以江西某钨矿为例,采用正交极差分析理论,得到该矿矿柱稳定性影响因素的主次顺序为：矿房宽度＞矿柱宽度＞采深＞矿柱高度＞矿体的单轴抗压强度＞上覆岩层容重,即矿房宽度、矿柱宽度对矿柱稳定性的影响最为显著,并得到了矿房宽度、矿柱宽度与矿柱安全系数间的关系曲线,对采场结构参数进行了优化,矿房宽度值小于21.03 m,矿柱宽度值大于3.718 m。     

急倾斜复杂矿体采场结构参数优化研究

根据龙山金锑矿复杂矿体的赋存条件和浅孔落矿采矿方法, 选取人工假壁、上盘回采分层高度、下盘回采分层高度和矿房长度为主要因素建立正交试验方案, 以采场应力集中系数和岩层位移量为评价指标建立目标函数, 进行了采场结构参数优化研究。研究发现: 急倾斜中厚矿体破碎围岩矿房开采过程中采场应力集中系数变化较小, 岩层位移量变化较大; 结构优化后, 围岩最大位移可降低46%。优化后的最佳参数为人工护壁厚度3 m, 上盘矿体分层高度2 m, 下盘矿体分层高度3 m, 矿房长度50 m。     

南非Dilokong铬矿采场结构参数优化

南非Dilokong铬矿矿体含铬品位较高,为典型的缓倾斜薄矿体,设计采用房柱采矿法进行回采。针对Dilokong铬矿缓薄矿体的开采技术条件及采矿难题,为探求其合理的采场结构参数,实现现场的安全、高效开采,研究采用正交数值模拟试验,选取了矿房长度、矿房跨度、点柱尺寸和点柱间距4个因素,正交设计了4因素3水平9种采场结构参数模型的试验方案。通过FLAC3D软件对不同方案的围岩应力及位移分布数值模拟结果的对比分析,研究各参数对采场稳定性的影响及优化采场结构参数。试验结果表明,矿房跨度及点柱尺寸是影响采场应力集中和位移变形的重要参数,并确定了合理的采场结构参数,即矿房长度50 m、矿房跨度26 m、点柱尺寸5 m×5 m及点柱间距2 m,研究结果对现场下阶段矿体的回采具有指导借鉴意义。     

充填法采场结构参数优化设计

采用弹塑性理论,综合考虑了国内某矿山矿体的赋存条件,建立了采场稳定性分析的三维有限元模型,研究了充填采矿法不同结构参数时采场的稳定性以及围岩应力和位移随矿房、矿柱尺寸以及采场控顶高度的变化情况.研究结果表明:采场最大压应力和最大拉应力随矿柱宽度增大而减少,随矿房宽度增大而增大;该矿山合理的采场结构尺寸为矿柱宽8 m,矿房宽10 m,控顶高度8～12 m.     

复杂破碎矿体试验采场稳定性分析及结构参数优化

采场稳定性是复杂破碎金属矿床安全开采的关键,针对某铁矿复杂破碎地质条件,进行 采场稳定性 分析和结构参数优化研究。首先依据矿房矿柱承载机理和矿柱力学模型,结合现场岩石力学参 数测试结果及试验 矿房设计的拟回采工艺,计算得出矿柱潜在滑移面上部高度范围;其次基于 Mathew 法对试验 矿房顶板稳定性和侧 帮稳定性进行理论分析,得到矿房极限暴露长度和宽度,并建立二维平面应变模型按原设计回 采工序进行数值模 拟验证;最后结合分析结果提出改进后的回采方案。经现场试验效果较好,可为下一步采矿工 艺的确定奠定基础。     

垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析

确定合理的采场参数是矿山进行安全、高效生产的前提。本文采用边界元方法对垂直分条充填采矿法采场稳定性进行数值分析。根据矿体开采条件 ,建立开采模型 ,进行采场矿岩及充填体应力、应变特性的分析 ,确定了合理的矿房、矿柱宽度、充填体高度等参数以及回采顺序     

破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

为保障破碎矿体采场稳定，减少矿石损失和贫化，实现安全高效开采，以某铁矿破碎采场为背景，利用FLAC3D分析不同宽度采场的稳定性，确定合理的采场结构参数。通过计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应力、位移和塑性破坏区变化特征，得出不同结构参数采场的稳定情况。结果表明，当采场宽度超过14 m时，顶板的应力和位移都较大，采场的稳定性变差；随着采场宽度的增大，侧帮的应力和位移变化范围逐渐减小，有利于采场的稳定；当采场宽度大于12 m时，两帮容易发生剪切滑移破坏，采场的稳定性变差。因此，建议采场宽度选择为10～12 m。工程实践表明，优化选择的采场结构参数合理。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

基于正交试验与数值模拟的马郡城铁矿 采场结构参数优化

金属矿山开采过程中,采场结构参数影响着采场稳定性和企业经济效益,其合理设计对实现安全高效生产具有重要意义。针对马郡城铁矿矿区内东南角地表存在马郡河以及木材厂、民房等建构筑物,造成矿区10线以东矿段复杂难采的问题,基于正交试验原理对采场主要因素进行方案设计,利用ANSYS与FLAC3D耦合建模的方式对9种不同方案进行模拟,分析了采场应力—应变情况和地表沉陷规律。结果表明,各因素对地表沉陷影响主次顺序为矿块长度>间柱宽度>矿块高度,矿块高度对塑性区体积影响最为显著;确定最优采场结构参数为矿块长度40 m、矿块高度40 m、间柱宽度6 m。通过正交试验与数值模拟结合的方式在原有设计基础上对矿块参数进行了优化,对马郡城铁矿“三下”开采的采场参数设计具有指导意义。     

某铁矿缓倾斜厚大矿体采矿技术研究

某铁矿出于安全考虑,前期的崩落法无法继续使用,深部矿体的回采方法必须及时变更为充填法。为了确保充填法采矿安全、高效,根据矿山实际矿体、围岩稳定性特征,提出4个回采方法,经过模糊综合评判选择分段凿岩阶段空场嗣后充填法。在此基础上针对如何选择采场结构参数,才能确保回采过程采场的稳定,采用数值模拟对深部矿体采场结构参数进行方案优化,在采场长度为100 m,预留10 m间柱的情况下,模拟了采场宽度13 m、15 m、17 m3个方案,采场的最优宽度确定为15 m。     

露天转地下矿山边坡稳定性的数值模拟与敏感度分析

露天转地下矿山边坡稳定性是一个当前广泛存在的问题.依据经验类比和正交试验原理,针对某铁矿工程地质条件,通过正交试验设计出了9种地下采场结构参数方案.采用有限元法,建立了矿区的有限元数值模型,通过数值模拟得出9种方案开采下边坡和采场围岩内的应力、应变数值.在此基础上,通过方差分析,对影响露天边坡稳定性的主要应力、应变指标进行了敏感度分析,得出了边坡稳定性对地下矿房各参数变化的敏感程度,据此确定了确保边坡稳定性的合理矿房结构参数,并初步应用到开采设计中.     

基于Wilson理论的条形矿柱稳定性分析

为了研究条形矿柱稳定性影响因素,考虑矿岩抗压强度、采深、矿房宽度、矿柱宽度及矿柱高度五个影响因素,基于威尔逊理论,应用正交试验,确定影响矿柱安全系数的主要因素及其主次顺序。结果表明:1)矿柱安全系数主要受矿岩抗压强度、采深、矿房宽度及矿柱宽度四个因素影响,且影响因子主次顺序为:矿柱宽度矿岩抗压强度采深矿房宽度;2)矿柱安全系数与矿岩抗压强度、矿柱宽度呈线性正相关,与采深、矿房宽度呈多项式负相关;3)通过回归分析,建立了矿柱安全系数与各主要因素之间的简化公式,并将某金矿采场参数代入公式进行检验,计算结果较为可靠,能为现场生产提供一定的依据。     

基于协同理念的地下采场稳定性分析及结构参数优化

针对某大型露天-地下联合开采铜矿山的开采现状,将协同理论引入地下采场的稳定性分析,主要考虑了地下采场中矿房、矿柱以及充填体假柱在结构尺寸上的协同作用,对原有采场结构参数进行了改进。为保证改进后地下采场在巷道掘进及矿房回采过程中的稳定,对3个充填方案下掘进巷道和回采采场的稳定性进行了数值模拟。结果表明：对于不同的充填方案,在待开挖矿体中掘进较大尺寸的巷道,其巷道基本稳定;回采过程中,其采场的稳定性与充填体刚度相关,充填体的刚度高低结合,采场应变、位移较理想。底部块石胶结、上部尾砂胶结充填是地下采场的首选方案;采用的大采矿横巷9 m扩底采场结构方案,回采过程中,采场顶板的稳定性提高了,同时出矿巷道的变形较小、保持稳定,该改进采场结构参数具有明显的优势。     

阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性研究

某铁矿采用阶段空场嗣后充填法开采,目前-450 m首采中段的回采工作即将结束,拟在-390 m新中段的开拓中将阶段高度从原来的60 m提高到90 m,阶段高度提高了50%。为了研究急倾斜厚大矿体在阶段 空场嗣后充填法开采条件下的应力变形规律,采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,考虑了首采中段和多盘区对新中段回采充填的影响,通过分析得到了采场矿柱和围岩的应力与变形规律。结果表明：在阶段 高度提升后的新中段回采充填过程中,矿柱被揭露后矿柱内的应力会大幅增加,并随应力集中程度增加而导致矿柱的剪切破坏;采场内最大变形出现在中间盘区矿房顶板,最大主应力及塑性区主要出现在中间矿柱的 中下位置,最大主应力、沉降变形及塑性区呈中间大两边小的对称性分布,最小主应力出现在两边矿房顶角处;盘区矿房采用间隔回采形成的最小主应力和沉降变形小于顺序开采,矿房的回采顺序对最大主应力的影 响较小;随着矿柱宽度增加,采场内最大最小主应力、变形值及塑性区范围呈逐渐减小的趋势。研究成果对国内外采用空场嗣后充填法开采的同类型矿山具有借鉴意义。     

基于Wilson理论条形矿柱稳定性分析

为了研究条形矿柱稳定性影响因素,考虑矿岩抗压强度、采深、矿房宽度、矿柱宽度及矿柱高度五个影响因素,基于威尔逊理论,应用正交试验,确定影响矿柱安全系数的主要因素及其主次顺序。结果表明：（1）矿柱安全系数主要受矿岩抗压强度、采深、矿房宽度及矿柱宽度四个因素的影响,且影响因子主次顺序为：矿柱宽度>矿岩抗压强度>采深>矿房宽度;（2）矿柱安全系数与矿岩抗压强度、矿柱宽度呈线性正相关,与采深、矿房宽度呈多项式负相关;（3）通过回归分析,建立了矿柱安全系数与各主要因素之间的简化公式,并将某金矿采场参数代入公式进行检验,计算结果较为可靠,能为现场生产提供一定的依据。     

高阶段采场充填体强度影响因素敏感性分析

高阶段矿房回采过程中,如何既能减少胶结剂用量又能保证高阶段充填体的稳定性,是采用阶段空场嗣后充填法开采的矿山面临的难题之一。为合理划分采场结构,降低充填成本,针对罗河铁矿高阶段采场充填体稳定性开展研究,研究了各因素交互作用下对充填体强度影响的敏感程度,提出采场宽度、高度、长度与充填体强度之间的合理匹配值。利用BOX-BEHNKEN设计法开展试验,根据设计原理进行4因素3水平设计,计算各种参数情况下,矿山安全生产所需要的胶结充填的抗压强度,再采用Design-expert软件拟合充填体强度需求影响因素与响应量,对响应面回归模型进行方差分析,确定各因素的敏感程度。研究结果表征了充填体强度需求影响因素敏感度顺序为:采场宽度>采场长度>采场高度>内摩擦角,提出了各工艺技术条件下充填体强度需求,对矿山实际生产具有一定指导意义。     

隔离矿柱回采稳定性影响因素的正交试验分析

通过分析隔离矿柱在回采过程中的影响因素,结合工程实际,选取了隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）、侧壁厚度（B）、采场长度（C）、采场宽度（D）、是否采一充一（E）和第二步骤充填是否采用全尾砂胶结充填（F）6个影响因素,每个影响因素取2个水平,选用L₈（2⁷）正交表,确定了8个模拟试验方案。建立了隔离矿柱回采模型,对隔离矿柱开挖之前的应力分布进行反演分析,运用FLAC^3D数值模拟软件对正交试验方案进行开挖模拟运算,分析了各个方案隔离矿柱回采之后的应力分布情况及其位移变化,得出模拟结果。分析结果显示：A、B、C、D、E、F 6个影响因素产生的Y方向位移极差分别为4.8、0.698、1.404、1.305、1.623、0.164 mm,即隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）对其稳定性影响最为显著,而第二步骤是否采用全尾胶充填（F）影响最小。     

基于满意度模型的采场结构参数多目标综合优化研究

以矿柱宽度、矿房跨度与分段高度3个主要采场结构参数为影响因素,最大压应力、最大拉应力、顶板位移和矿房回采矿量为评价指标,进行了响应面试验设计。采用3DMINE-MIDAS/GTS-FLAC^3D联合模型的计算结果,得到响应面结果和评价指标的回归方程,并据此得出单一因素和因素交互作用对评价指标的影响规律; 将回归方程和矿房回采矿量引入基于满意度的多目标优化模型,得到最佳采场结构参数。结果表明,所建立评价指标的回归方程相关性很高,能在试验范围内准确地预测结果; 评价指标受到单因素和因素间交互作用影响,交互作用中,矿柱宽度与矿房跨度交互作用影响最显著。最佳采场结构参数为：矿柱宽9 m,矿房跨度11 m,分段高度12 m; 把该参数应用于招金矿业夏甸金矿,取得了良好的效果。