卧虎山铁矿采场极限暴露面积回归优化模型

地下矿山开采中,合理的采场暴露面积是保障采矿作业安全的前提,采场暴露面积作为地下采场的主要结构参数需要进行优化。以卧虎山矿27-31线为研究对象,运用3DMine-Midas- Flac^3D耦合建模技术,构建了地表、矿体和采场的精细化模型,在采场长度参数为30 m和40 m的条件下,设计了10种采场暴露面积计算方案,通过数值模拟获得采场顶板最大拉应力和两帮最大压应力,基于此建立了采场暴露面积与顶板最大拉应力及两帮最大压应力的回归优化模型,在有安全系数的保障下确定了采场极限暴露面积。研究结果表明：（1）经采场稳定分析,最大压应力主要出现在采场两帮的围岩,而最大拉应力出现在顶底板;（2）通过建立采场暴露面积与最大拉应力和最大压应力的回归函数关系曲线,获得暴露面积与应力的关系规律,即在相同采场暴露面积条件下,采场越长则拉应力越小,而在相同拉压应力限值情况下,采场越长则极限暴露面积越大;（3）以矿山生产安全系数1.3为基数,通过回归函数曲线规律,根据采场矿体的赋存条件,以30 m和40 m的采场长度值,确定卧虎山矿的极限暴露面积分别为450 m²和600 m²。当岩体力学参数改变时,亦可采用回归函数曲线规律自适应判定采场极限暴露面积和采场跨度。     

凡口铅锌矿大结构参数采场围岩稳定性分析

为保障矿山安全生产前提下的尾砂有效堆存,针对凡口铅锌矿狮岭南Shn-455 m和狮岭Sh-600 m 2个大结构参数采场,采用理论模型、极限平衡法、Mathews稳定图解法、数值模拟技术研究了采场围岩的稳定性。分析结果表明：基于矿山需求和工程经验设计的采场结构参数能够使采场围岩保持稳定状态,Shn-455 m和Sh-600 m采场顶板岩体稳定概率分别为89.8%和88.5%。在保证顶板岩体95%稳定概率的要求下,进一步将Sh-600 m和Shn-455 m采场允许暴露的采场顶板走向长度确定为53.6 m和50.8 m。经数值模拟分析,优化后的采场结构参数在采场开挖前后均能保证采场岩体具有较小的沉降量,但仍可以通过采取支护措施的方法减少采场周边岩体塑性区的发育,确保大结构参数采场处于稳定状态。研究成果对保证凡口铅锌矿安全生产有重要理论和实践指导意义,也能为同类工程设计施工提供参考。     

谦比希铜矿缓倾斜中厚矿体采场暴露面积研究

谦比希铜矿东南矿体属于缓倾斜薄至中厚矿体,开采条件困难。在采矿方法优选时,采场允许暴露面积的大小直接影响矿石回采率、生产采掘比及采矿成本等技术经济指标。为此,通过Mathews稳定性分析法和概率预测模型,对采场无支护状态下的最大暴露面积进行了理论计算,结果表明:无支护条件下采场暴露面积宜控制在1200 m~2以下,采场宽度在20 m以下,此时采场顶板稳定性良好。采场允许暴露面积确定为谦比希东南矿体开采方案设计及结构参数优化提供重要依据。     

基于FLAC3D上向水平分层充填采矿法数值模拟

为了安全高效地回收宁南骑骡沟铅锌矿区残矿,采用FLAC3D有限元法对上向水平分层充填采矿法的结构参数和开采工艺过程进行了数值模拟,以便指导残矿的开采方案设计.数值模拟结果表明:上向水平分层充填采矿法的最大控顶高度为10m,最大空区暴露面积控制在150～250m2以内,采用3采1充或2采1充的回采工艺能保证安全产生.生产结果表明:应用数值模拟结果指导采矿方法和开采工艺设计是合理的.     

协同理念下岩金矿脉群连续回采顶板安全跨度研究

为高效安全地开采呈条带状赋存的矿脉群,基于协同开采理念,提出集群连续化采矿理念与上向水平分层充填连续采矿法,并通过理论计算、数值模拟和工程验证,研究回采中顶板安全跨度的合理取值范围。采用平板梁理论计算法、普氏压力拱法、厚跨比法、荷载传递交汇线法和结构力学梁理论法推导得出顶板安全跨度计算公式,并引入安全系数,计算得出不同安全系数下的顶板跨度。经协同均算法界定分析,确定集群连续采矿方法的顶板安全跨度范围为23.0～18.6 m。结合理论计算的顶板跨度数据,取安全系数为2.0时的顶板跨度,采用ANSYS进行实体建模,基于FLAC~(3D)进行数值模拟验证。模拟结果表明:最大主应力为2.84 MPa,最大位移为9.7 mm,矿房中央位置存在小范围剪切应力破坏;工程实例表明:当采场跨度为18 m时,采场顶板局部小范围存在岩块掉落情况,掉落岩块长度与顶板跨度之比为1.67%,数值模拟结果与工程实例情况接近。协同开采理念具有较强的耦合性与包容性,其耦合形成的新理念为多种复杂的矿体开采起到指导作用,能够较好地满足复杂矿体矿山开采要求。     

基于Flac3D的某矿山开采方案优选及应用

为保证某矿山安全、高效开采，根据该矿山矿体开采技术条件及矿岩物理力学性质，应用Flac^3D软件分别对4种开采方案不同采场结构参数进行数值模拟分析，结果表明：开采1 235 m标高以上矿体时，采用采场矿房长40 m,矿房间留2 m连续间柱，顶、底柱2 m的采场结构参数效果最优；开采1 235 m标高以下矿体时，采用充填采矿法最优；符合矿山“安全、高效、低成本、低贫损”的开采理念。研究成果可为该矿山的安全生产提供理论性指导。     

基于ANSYS-R法的采场结构参数优化

为提高某矿回采效率,扩大生产能力,对采场结构参数进行优化。运用ANSYS对12种不同采场结构参数进行了数值模拟分析,得出各个方案采场最大主应力、顶板沉降量、两帮位移量和最大拉应力指标值,分析后保留采场宽、高分别为15 m和14 m以下的9种可行方案;采用正交试验极差法（R法）对这些方案模拟所获取的指标值进行显著性分析计算,确定采场最优宽高组合为宽9 m,高14 m;将最优采场结构应用于现场试验,并对试验采场顶板下沉量进行了实测,模拟结果与实测相对误差为7.48%,模拟结果准确性较高。试验结果表明,采用该法优化的采场结构参数不仅能够保证采场的安全稳定,而且能够大幅提高采场生产能力和回采效率。     

软弱破碎矿体采场稳定性分析及结构参数优化

采场结构参数是软弱破碎矿体开采的关键问题,对采矿各指标起着决定性作用,不合理的结构参数可能造成灾难性安全事故。以汤丹铜矿4#软弱破碎厚大矿体为研究对象,采用岩体分类统计、工程类比、理论计算、数值模拟等手段对顶柱、矿房及矿柱进行参数优化,并对比各研究方法的优劣。研究表明:汤丹铜矿4#矿体围岩岩体质量为Ⅲ级,矿体为Ⅳ级,矿房最大暴露面积为300 m2;理论计算结果表明:矿房极限跨度是顶板厚度或矿柱宽度的单因素函数,且呈线性正比关系,矿房跨度为10~14 m,矿柱为14~18 m,顶柱为18~25 m,但各理论计算结果差别较大;应用ANSYS与FLAC3D对矿体开挖进行三维数值模拟,从地表岩移、顶板位移、塑性区分布及矿柱最大主应力四个角度进行全面分析,最终得出顶柱高25 m,矿柱宽16 m,矿房跨度12 m为最优结构参数的结论。     

基于模糊评价的某倾斜矿体采场结构参数优化研究

采用模糊综合评价方法对某倾斜矿体采场宽度12m、13m、14m三种方案进行优选.通过建立采场结构参数的层次分析模型及其隶属度矩阵,结合现场调查确定技术指标和经济指标,并应用FLAC3D数值模拟获得最大主应力、剪应力、顶板位移等6个安全指标;采用熵值法确定各指标权重和总排序权重,再经多因素(指标)、多目标(方案)模糊综合评判,得出采场宽度13m为最优结构参数.熵值计算结果表明,矿房两帮位移为主要指标,开挖后则应进行喷混支护,此措施对该倾斜矿体的安全开采具有实用价值.     

基于FLAC~(2D)的空场嗣后充填法采场结构参数优化

为了探明缓倾斜中厚矿体空场嗣后充填法在不同采场结构参数及不同回采阶段的采场稳定性,引进FLAC2D软件对采场宽度分别为32m、36m及40m时在三种回采阶段的应力、位移和塑性区分布规律进行二维数值模拟。结果表明,充填体理想弹塑性本构模型及矿岩应变软化本构模型适用于矽卡岩矿体,不同开采扰动及矿房跨度条件下采场稳定性不同,当采场沿走向宽度36m以下时最大主应力、最小主应力、塑性区分布及顶板竖直位移在安全范围之内。优化后的采场结构参数为采场沿走向宽度36m,其中矿房31m、间柱5m,实践证明该方案在安全性及经济性上能满足生产要求。     

FLAC3D 在地下矿山采场稳定性分析中的应用

Stable stope is the premise of safe mining in underground mines, and numerical simulation is one of the effective methods to analyze and study the stability of underground rock mass. In order to carry out the stability analysis and research of underground mine stope, taking a mine in Yunnan as an object, FLAC3D software was used to carry out numerical simulation research on the limit exposed area of stope under natural conditions and under the condition of bolt support. The research results show that the limit exposed area of the stope is 400m2 under natural conditions, and the use of bolt support can effectively reduce the roof pressure, control the displacement and deformation of the roof and rock caving, and increase the limit exposed area of the stope to 600m2. It shows that the bolt support is feasible as the roof stability control measure and can guarantee the safety and stability of stope.     

复杂开采环境下采场位移失稳过程研究

针对复杂开采环境下采场发生大规模竖直位移从而引起失稳垮塌的问题,结合某地下大型铅锌矿山-320 m中段主矿体失稳垮塌的工程实际,运用三维计算机数值程序3DEC对采场及周边充填体竖直位移程度、影响范围和最大剪应力分布规律进行了分析,为隐患资源安全高效回收及确定合理的充填工艺和采矿方法提供了重要依据。结果表明：0#采空区上方的矿体整体发生了下沉,下沉最大位移达到2 m;发生最大剪应变增量的区域主要位于0#采场中下部,并最终形成了一条U形最大剪应变增量贯通带;0#采场采空区垮塌后导致0#采场上部矿体、N0-1#、N1-2#、S0-1#付以及S0-1#付-1采场位于垮塌区滑移面之上,而N2-3#和S1-2#采场位于垮塌面边沿,从而将其确定为垮塌区的影响范围。     

基于Vague-RSM-AFSA模型的采场结构参数优化研究

为确定某银矿的最佳采场结构参数，使该矿开采方案的安全性及经济性最优，构建了Vague-RSM-AFSA模型对采场结构参数进行优化。采用中心复合试验法设计了15个采场结构参数方案，并对各方案进行了数值模拟计算，选取了采场顶板最大沉降位移、间柱最大水平位移、采切比和矿石损失率作为评价指标。基于Vague理论计算了各指标权重及中心复合试验各方案的优越度，采用响应面法（RSM）建立了中心复合试验各方案采场结构参数与优越度的响应面模型，运用人工鱼群算法（AFSA）对优越度响应面模型寻优，得到最佳采场结构参数：采场高度为20 m，采场长度为32.8 m，间柱宽度为16.1 m，方案优越度为0.2631，高于中心复合试验中的最大优越度（0.2271），寻优结果与数值模拟验证结果误差为0.0037，表明Vague-RSM-AFSA模型具有良好的寻优能力及较高的准确性。     

戈塘金矿房柱法开采围岩稳定性分析

戈塘金矿矿体厚度变化较大,地质条件复杂。为科学设计井下采场参数,分析采空区顶板的破坏机理及矿柱的承载机理,指导矿山安全生产,以戈塘金矿为研究对象,设计了采场参数,分析了采场围岩稳定性。通过理论计算,采用房柱法开采时,推荐矿柱尺寸为3 m×3 m,矿房跨度不超过10 m;利用有限元软件Phase2对留设不同宽高比的矿柱时采场围岩的稳定性进行了数值模拟分析。结果显示:矿柱内部出现应力集中,采空区顶底板、岩帮为应力降低区域;随着矿柱宽高比的增大,采空区边界附近的应力水平和位移降低,矿柱内应力集中得到缓解,变形量降低。综合分析认为,矿柱宽高比对采场围岩稳定性有一定影响,保持矿柱宽高比约为0.500,可以较好地维持采场稳定。     

城市地下矿山采矿方法的数值与熵权耦合优选

在保证安全生产的前提下，高效开发已成为城市地下矿山资源开发利用的重要模式。安徽省琅琊山铜矿是典型的城市地下矿山，在其开发利用过程中必须避免因开采引起的地面沉陷和建（构）筑物坍塌等危险事故。以矿山采矿方法优化为目标，提出了上向水平分层充填采矿法、二步骤空场嗣后充填采矿法和上向高分层充填采矿法3种方案，建立了3种方案的矿体三维数值计算模型。对琅琊山铜矿-365 m至-245 m中段，采用FLAC^3D软件模拟沿矿体走向布置采场条件下的采场稳定性，并综合采矿技术经济指标实现了3种方案的熵权法优选。研究结果表明：（1）通过对3种采矿方案的12个监测点变形数据进行分析可知，各监测点地表沉降位移和水平位移受矿体分布规律的影响呈U型分布，变形最大值达到25 mm；（2）计算得到的位移倾斜、曲率和水平变形最大值分别为0.099 mm/m、0.17×10^-3 ·m^-1、0.0248 mm/m，满足安全要求；（3）利用计算得到的变形指标和技术经济指标，在熵权法模型中得到了3种不同方案的综合评价指标值，评判结果表明方案三为最优方案。数值模拟与熵权评价的耦合运用可以对客观数据与模糊评价进行融合处理，从而对不同采矿方法进行了科学、合理的综合评判，为城市地下矿山综合评价提出了新思路与新方向。     

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。     

重叠矿段采动下的工程响应仿真与评价

重叠矿体开采的相互作用和响应规律是影响矿山开采安全的重要因素。以镜铁山桦树沟铜矿与上部铁矿体的重叠矿段为研究对象，采用3DMine-Midas-FLAC^3D耦合精细建模数值模拟技术，结合矿山实际工程和采充工序条件，建立了充填矿段铜矿体开采条件下的FeV矿体工程响应数值分析模型，获得了FeV矿体回采巷道等工程结构的位移和应力响应规律，对FeV矿体的开采进行了安全评价和分析。研究结果表明：（1）试验采场的采充过程中，FeV回采巷道2 865 m水平所受开挖扰动最大，最大位移达到2.3 cm，应力最大扰动幅度为11.34%，最大剪应力为1.27 MPa；（2）采充过程中，空区上方中心部分的Z方向应力会减小，应力向四周转移；空区上方中心位置剪应力无明显变化，剪应力在空区边缘变化明显；（3）在试验采场开采过程中，上部FeV矿体的2 880 m和2 895 m水平回采巷道处于稳定状态，建议矿山加快回采进度，实现强采强出，提高矿石回收率。