基于FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。     

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。     

阶段空场嗣后充填采矿法采场跨度及回采顺序优化研究

矿山开采随浅部资源的消耗而逐渐向深部发展,为了选取最优的采场参数及回采顺序,利用 FLAC３D 软件对某矿阶段空场嗣后充填采矿法在不同采场跨度和不同回采顺序条件下的采场稳定性进行了模拟分析.结果表明:跨度为１６m、１８m、２０m 和２２m 的一步骤采场开采后的应力、位移和塑性区位置分布基本相同,其中２０m 和２２m 跨度的采场在矿体上下盘出现较大的塑性区.二步骤回采矿柱时,跨度为１８m、２０m 和２２m 的矿柱采场的两侧充填体下部拉应力均超过充填体抗拉强度,会导致该区域充填体破坏.考虑现场实际情况,最终选取一步骤采场跨度和矿柱跨度均为１６m,最优回采顺序为“隔一采一”.     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

点柱式上向水平分层充填法充填采场稳定性研究

为了确保大尹格庄金矿采场安全,提高资源回收率,对-380、-496、-556、-616水平一些采场矿柱进行调查,总结发现矿柱受结构面的方向控制,呈现不同的破坏模式,大致可分为节理组平行矿柱壁面、节理组与矿柱斜交、节理面平行于顶板;建立了矿柱宽度、矿房顶板跨度及矿体开采深度与矿柱安全系数的关系式,分析得到矿柱宽度对矿柱安全系数的影响作用最大,其次为矿体开采深度,最后为矿房顶板跨度;对目标采场矿柱进行稳定性评价,得到各矿柱的安全系数,圈定出了不稳定矿柱;最后对-616水平顶板极限跨度及矿柱尺寸进行计算得到顶板极限跨度为8.2m,矿柱宽度应大于4.1m。     

基于正交试验的矿柱稳定性影响因素敏感度分析

从载荷、矿柱结构参数和覆盖岩层等方面分析了矿柱稳定性对各影响因素的敏感程度,推导出了条形矿柱的安全系数公式。采用正交试验极差计算法得到条形矿柱对各影响因素的敏感度依次为:矿柱宽度矿体开采深度矿房宽度矿岩抗压强度上覆岩层容重矿柱高度。分析结果为:矿柱宽度与矿柱安全系数负相关,矿房宽度和开采深度则相反。     

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。     

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。     

无轨开采下采场结构参数及稳定性数值模拟

云南某矿山矿体赋存条件复杂，矿岩破碎、松软，加之后期转型采用无轨设备开采，导致采场巷道断面增大，原有的采矿工艺和采场参数已不再适用。为保证开采过程的安全，找出适合矿山生产的合理采场结构参数，研究采用3D-σ有限元模拟软件建立采场三维模型，设计不同跨度直接顶板的留点柱、留连续矿柱采场结构形式，对不同采场结构形式下矿岩的应力、安全率、塑性区进行模拟分析。结果表明：采用留点柱的采场形式时，采场内点柱尺寸不应小于2 m,矿房跨度控制在4 m为宜；采用留连续矿柱的采场形式时，采场结构参数建议留4 m宽连续矿柱，矿房跨度为5 m,采用C20混凝土进行进路式充填回采。结合采场模拟分析及矿山实际生产现状，建议采用留连续矿柱的开采方案。后续现场试验证明，该方案不仅能够保证采场结构的稳定性，达到矿山安全开采的目的，而且能有效降低矿石的损失贫化，提高矿山的经济效益。     

秩和比法耦合数值模拟优化采场结构参数研究

为了得到合理的采场结构参数, 在地应力测量的基础上, 利用FLAC^3D对内蒙古获各琦铜矿CuⅠ矿体采用的上向水平分层充填采矿法采场在不同结构参数下的稳定性进行了研究, 并分析了矿房围岩的应力与位移在不同结构参数(如矿柱宽、矿房宽、控顶高度)下的变化情况。结果显示: 开挖矿房两帮出现最大位移和最大拉应力, 顶板出现最大压应力。从安全角度出发, 采用秩和比法对正交设计的9种方案模拟结果进行优选, 从经济角度分析, 得出获各琦铜矿采场最佳尺寸组合为矿柱宽10 m, 矿房跨度10 m, 控顶高度7 m。     

基于正交试验原理的某铁矿床采场参数优化

为了保证厚大矿体回采采场稳定,提高矿石回采的安全可靠性、降低支护成本、提高生产效率,以霍邱地区某大型沉积型铁矿床为例,对影响采场稳定性的矿房长度、宽度、高度三个主要因素进行正交试验设计,基于正交试验原理,运用有限差分软件FLAC~(3D)进行了9种方案数值模拟,分析了不同采场参数下周围岩体最大拉应力、最大压应力和位移沉降量分布特征。通过极差分析表明,影响矿房稳定性的主要因素为矿房回采长度,其次是采场高度,采场宽度对采场稳定性影响最小;同时确定某铁矿厚大型矿体回采矿房长、宽、高参数分别为60,20,100m时,最有利于采场稳定。     

大直径深孔空场嗣后充填法采场结构参数优化及稳定性分析

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1 000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的开采方案,采用FLAC3D软件开展了4组采场结构参数条件下的采场稳定性数值模拟,从而优选出合理的高中段大采场结构参数。Mathews稳定图法采场顶板、侧帮暴露尺寸与水力半径的关系分析表明,当采场顶板跨度为15 m、中段高度为100 m时,采场长度应小于46 m。数值模拟结果表明：二步骤矿柱宽度从15 m增加至19.5 m时,采场顶板的位移、塑性区体积随着跨度增大而增加,底部结构堑沟的两帮安全系数较低且易发生部分剪切破坏。数值模拟与Mathews稳定图法分析结果一致,确定了大直径深孔空场嗣后充填法的最优采场结构参数为采场长度45 m,一步骤矿房宽15 m,二步骤矿柱宽18 m,采场高100 m。研究结果为实现倾斜极厚矿体高中段大采场安全回采提供了理论支撑。     

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。     

大庄子金矿缓倾斜中厚矿体采矿方法试验

大庄子金矿的矿体属于缓倾斜中厚矿体，试验采用矿房矿柱两步回采嗣后充填采空区的方法开采，并取得了成功，该采矿法先回采5m宽的矿柱，对矿柱采场的空区用尾砂胶结充填，然后回采8m宽的矿房，矿房采场的空区用尾砂充填，作者详细地介绍了采场结构和回采工艺及所取得主要技术经济指标，试验成功的采矿法现已在大庄子金矿全面推广应用。     

张家洼铁矿崩落转充填采矿工艺及结构参数研究

随着绿色矿山理念的发展,崩落法矿山逐渐向充填法转型,隔离矿柱厚度和矿房参数对崩落转充填 后采场整体稳定性具有重要影响。针对张家洼铁矿无底柱分段崩落法转充填法问题,通过理论计算对隔离矿柱位 移进行求解获得保证下部充填采场稳定的隔离矿柱安全厚度。同时,利用 FLAC3D软件对不同矿房跨度和充填工 艺回采过程中的采场稳定性进行分析评价,确定最优采矿工艺和结构参数。研究表明：①12.5 m 厚隔离矿柱能够 满足过渡阶段采场稳定性;②15 m 矿房跨度顶板拉应力集中较大,且顶板位移显著增大,为了确保回采安全,优先 采用 10 m 矿房跨度,在顶板条件好的区域可以考虑采用 12 m 跨度;③采用 3 MPa、4 MPa 和 5 MPa 强度的人工假顶 均可保证下中段开采过程中采场稳定,因此可将 3 MPa 作为人工假顶的充填体强度标准;④阶段矿房内人工假顶 上部采用 1 MPa 充填体整体充填满足二步采充填体单侧揭露稳定要求,可降低原设计多次不同强度分层充填带来 的施工组织难度。     

卡房锡矿247线矿体回采方案数值模拟

卡房锡矿多层矿体上下盘均为稳定性较差的花岗岩,夹层为稳定性较好的大理岩矿体,不同的开采方式对矿体稳定性影响较大。采用3D-σ软件对卡房13-2矿体247剖面矿体的进行了6种不同方案的采场结构参数及4种回采顺序的方案模拟研究分析,得出顶板及矿柱稳定性。结果表明,13-2矿体顶板为大理岩时,可以采用空场法开采,但是采场跨度应控制在12 m以内,且矿柱尺寸不小于6 m;对于247线矿体,建议首先开采与花岗岩接触的凹兜矿,充填后利用空场法开采顶板为大理岩的夹层矿石。结果为类似矿体的开采提供了理论基础,具有一定的参考价值。     

大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究

针对某金属矿长期处于大规模充填体下开采的现状,对-300 m各盘区回采期间的稳定性进行了数值模拟,分析不同方案的采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律,并综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益。分析结果表明：将E101采场作为永久性连续盘区时,回采至中期采场顶板处产生1.14 MPa的最大拉应力和75 mm的最大位移;开采后期采场顶板处产生2.30 MPa的最大拉应力和92 mm的最大位移;开采后期采场顶板的抗拉安全系数为1.53;整个顶板岩体稳定性较好,确定将E101作为盘区永久矿柱。根据盘区永久矿柱的位置,提出了4种盘区回采顺序,分析比较不同开采方案的顶板、直接顶板、矿壁及充填体稳定性,确定了从矿体中央连续永久盘区矿柱E101采场向两侧分盘区开采的回采顺序。     

不同地质条件下的采场结构参数优化

为了确定不同地质条件下较为合理的采场结构参数,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对不同矿岩稳定性条件下的采场跨度进行选择与优化。以程潮铁矿西区作为研究的工程背景,采用简支梁理论、矿房宽度计算公式对合理跨度与临界跨度进行了计算,并通过FLAC3D数值模拟软件对不同跨度参数的采场稳定性进行了分析。结果表明：矿岩条件为稳固、中等稳固、稳固性较差时的矿房合理跨度分别为18.87、14.93、8.08 m。多矿房回采,位移及拉应力的最大值通常出现在区域中间部位,且矿房跨度的增加极易引起开采区域最大沉降值的迅速增加。矿柱顶板沉降值对矿房跨度也非常敏感。数值模拟结果与理论计算值相符,这表明数值模拟能很好地反映地下开采的真实状态,为采场结构参数确定提供依据。     

房柱交替上升式采场结构参数优化研究

房柱交替上升式充填采矿法是一种新的采矿方法。利用ANSYS模拟软件对5种结构参数组合方案进行数值模拟,获得位移、应力、应变等定量指标,并结合实施难易程度、与地质条件的适应性、矿柱回采的相对难易程度、相对生产能力等4个定性指标,通过模糊综合评判,获得最优的采场结构参数组合:矿房宽度10 m,矿柱宽度10 m。对采场结构参数的优化,能够确保矿山安全、高效回采。     

层状倾斜矿体矿柱稳定性特征及矿房参数优化

湖北某磷矿开采过程中矿柱浅层岩体剥落破坏特征突出,严重影响了矿柱稳定性及采场围岩安全。采用极限强度理论和数值模拟方法,结合层状矿体倾斜赋存条件,研究了矿柱埋深、矿柱尺寸、矿柱间距等因素对矿柱安全系数和稳定性的影响规律,并给出了该矿房柱法开采的指导参数。研究表明：①对于埋深变化显著的层状倾斜磷矿床而言,当采深小于500 m时,选取5 m×5 m矿柱、9 m矿柱间距的采场布置参数,可保证矿柱和矿房顶板安全,当采深超过500 m后需进行参数优化。②矿柱尺寸是决定矿柱稳定性的主要因素,却是控制矿房顶板下沉的次要因素。当采用9 m矿柱间距时,将矿柱尺寸设计为6 m×6 m可有效减小矿柱变形量。③矿柱间距是决定矿房顶板围岩稳定性和矿柱变形程度的主要因素。工程实践表明,开采深度达到500 m后,采用5 m×5 m的矿柱尺寸,并且将矿柱间距减小至7 m,可显著减小矿柱和矿房围岩变形,有效降低矿柱荷载,使其处于稳定状态。