红岭铅锌矿采场结构参数数值模拟与优化

为优化红岭铅锌矿阶段空场采矿法采场结构参数,选取采场长度、间柱宽度和顶柱厚度3个因素,每个因素取3个水平,用正交试验原理设计了9个数值模拟方案。对每一个方案用Midas耦合Flac3D进行数值模拟分析,揭示了用不同采场结构参数开采过程中采场最大主应力、z方向最大位移、间柱和顶柱塑性区贯通状况等力学演化规律。研究结果表明,顶柱安全厚度随采场长度增加而增高,最大主应力位置发生在采场角点位置,最大位移位于采场顶板中央,若间柱发生破坏,上盘围岩最大位移会向间柱方向移动,相邻两矿房塑性区有贯通的趋势。综合分析9个方案的数值模拟结果,考虑安全性和经济性,采场长度50 m、间柱宽度10 m、顶柱厚度15 m为红岭铅锌矿最优采场结构参数。     

基于数值模拟的红岭铅锌矿岩层移动带圈定

根据红岭铅锌矿开采技术条件,用HyperMesh软件建立符合矿体复杂特征的三维有限元数值模型,对红岭铅锌矿各中段开挖后的岩层移动规律进行了深入分析,获得了红岭铅锌矿岩层移动范围。结果表明:岩层移动破坏范围的模拟结果与现场实测值较为吻合,通过数值模拟位移分析,确定了矿体上盘岩层移动角59.2°,下盘岩层移动角63.8°,端部岩层移动角68.9°,圈定了红岭铅锌矿矿床开采地表移动范围,为红岭铅锌矿安全高效开采提供了理论依据。     

三山岛金矿盘区回采规格数值模拟优化

三山岛金矿S12186采场为盘区法试验采场,在采场宽度确定的情况下,合理布置矿房宽度成为安全生产的重要因素。通过采用FLAC3D软件,对5种不同矿房布置形式进行数值模拟,分析了不同方案应力、位移和塑性区的分布情况,提出了最优的回采规格,为安全回采提供了理论参考。     

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。     

陡倾结构金属矿山岩层移动和地表变形的离散元模拟研究

以金山店铁矿东区为例,采用离散元软件UDEC,结合地表监测成果,从岩体破坏、岩层移动、地表变形3个方面开展陡倾地质结构下金属矿山岩层移动和地表变形机理研究。研究结果表明：随着采矿的推进,回采区顶部垮塌和张拉破坏贯通区范围不断扩大,岩体塑性变形破坏逐步加剧;地表沉降位移和水平位移随着各分段向下开挖而不断增加,在-680 m开采水平下,地表沉降位移最大值约72.6 m,水平位移最大值约29.9 m;由于陡倾结构面的存在,上盘的变形破坏范围明显大于下盘,上盘岩层移动表现出倾倒特征,下盘岩层移动表现出剪切-滑移特征;在采矿初期,移动角和陷落角较大,随着采矿的进行,角度不断减小,开采至-382 m水平后趋于稳定;实测地表变形特征和变化趋势与数值模拟结果基本相符。研究结果可为其他具有陡倾结构的金属矿山开采提供借鉴。     

山东某铁矿矿柱回采及稳定性研究

为了避免高品位矿石浪费,对山东某铁矿的保安矿柱 进行了回采方案研究,应用简支梁模型计算矿房顶板应力、 应变规律,同时利用概率积分法建立地表下沉盆地剖面方 程,对地表下沉位移进行计算求解;在理论分析的基础上,利 用 FLAC3D数值模拟软件对预留矿柱内矿房回采充填前后 的采场稳定性进行评价,同时对矿柱回采造成的地表位移与 含水层位移进行分析。研究表明:①理论计算得到矿柱回采 完成后顶板最大竖直位移为11.8 mm,地表沉降最大值为 16.7mm,地表最大倾斜为i=0.03mm/m 远小于Ⅱ级建筑 允许值i=3 mm/m;② 数值模拟结果显示,回采全部矿房 后,矿房顶板下沉最大值为 37.49 mm,地表位移最大值为 10.6mm,含水区最大位移为14.03mm,护顶矿柱最大位移 为17.72mm;③数值模拟矿房全部回采后采场整体应力较 低且均匀分布,无应力集中,且无塑性区分布,采场稳定性良 好;④理论计算与数值模拟结果表明,矿柱内矿房全部回采 对矿房、地表、含水层和护顶柱均无显著影响,嗣后胶结充填 保证了矿柱回采的安全性。     

基于不同条带充填开采顺序模拟试验研究

为了研究煤矿不同条带充填工作面开采顺序引起的上覆岩层移动变形的影响,以刘东煤矿西510采区为工程背景,采用FLAC3D数值模拟,模拟了2种充填工艺下的上覆岩层应力分布、塑性区范围以及位移变化。采用相似材料模拟试验的方法,分别对2种充填工艺下上覆岩层的应力与位移数据进行监测。     

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。     

河北某矿地表与岩层移动及其预测预报数值模拟研究

根据已有的地质资料、所测得的岩石力学参数及建立的地应力分布模型,采用三维有限差分程序FLAC3D对河北某矿地表及岩层移动进行数值模拟研究,分析了采场最大主应力场、最小主应力场、破坏场和位移场的分布特征,圈定出了最终的地表塌陷边界。     

河北某矿地表与岩层移动及其预测预报数值模拟研究

根据已有的地质资料、所测得的岩石力学参数及建立的地应力分布模型,采用三维有限差分程序FLAC3D对河北某矿地表及岩层移动进行数值模拟研究,分析了采场最大主应力场、最小主应力场、破坏场和位移场的分布特征,圈定出了最终的地表塌陷边界.     

露天转地下开采覆岩采动响应的坡角影响效应研究

以某矿山露天转地下开采为背景,研究了不同边坡坡角影响下采场上覆岩体的采动响应特征,以揭示覆岩采动响应的坡角影响效应。结果表明,采场内部应力随着矿体开挖推进不断进行重新分布,并持续沿矿层倾向向前方岩体动态转移,在前方形成应力增压区,最终达到新的平衡; 坡高一定时,坡角过大或过小都不利于覆岩的稳定,而是存在一个较为合适的中间值,45°坡角时,采场覆岩比35°和55°模型应力及位移沉降更小,但塑性区发育不及35°及55°模型充分。建议露天开采完后对边坡进行削坡处理,以控制边坡角度45°,然后再转入地下开采。     

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。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

房柱式开采合理采留比数值模拟

为了促进矿山的安全生产管理,进一步提高房柱式采矿法在矿山的资源采出率,合理确定房柱式开采过程中的采留比例,采用UDEC数值模拟软件对不同采留比例条件下采场的矿山压力显现规律进行了模拟分析,结果表明采宽对于工作面稳定性的影响程度远大于矿柱宽度对工作面稳定性的影响程度,另外,通过对数值计算的塑性区图、垂直位移图、垂直应力图和主应力图的对比分析,最终确定在埋深128～351 m、倾角6°～10°矿层赋存条件下比较合理的采留比为4 m×4 m。     

书记沟铁矿地下开采岩层移动界线的圈定

书记沟铁矿地下开采导致地表沉陷垮塌，沉陷坑影响范围可能波及周边村庄，设计采用工程类比法确定岩层移动角，通过现场实地调查运用数值模拟软件对该矿地下开采过程进行模拟分析研究，最终确定出岩层移动角为：斜长角闪岩上盘62.5°，下盘62°，走向65°，第三系、第四系移动角取45°。     

阶段出矿底部桃形矿柱的结构参数数值计算分析

针对某矿采用阶段空场崩落联合采矿法开采急倾斜极厚大矿体时存在存窿矿量多、矿石贫化损失大、空区作业危险等难题, 提出了具有底部出矿结构的桃形矿柱采矿新方案。结合该矿区生产实际, 设计了6种桃形矿柱方案, 采用ABAQUS数值模拟软件, 依据M-C准则建立桃形矿柱的弹塑性本构模型, 分别分析了冲击荷载作用下桃形矿柱的应力、应变、位移响应, 以及残余完整巷道长度与垂高的关系。结果表明, 坡面角50°、桃形矿柱高度15 m的方案受力状态最理想, 且拉伸应变及位移均较小并集中于坡脚, 但完整巷道的垂高不足2 m; 坡面角70°方案的桃形矿柱塑性区和破坏区范围均大于坡面角60°方案, 二者的完整巷道长度与垂高均在可靠范围。经综合考虑, 优选坡面角60°、桃形矿柱高度15 m方案为桃形矿柱的最优参数。     

大红山铁矿露天采场压矿范围的相似模拟

云南大红山铁矿由于露天采场的压矿限制,井下二期工程无法稳产至露天开采结束,压矿问题使矿山的开采无法实现顺利过渡。为研究矿山露天采场合理的压矿范围,通过相似材料模拟试验对大红山铁矿无底柱分段崩落法开采进行模拟。基于相似模拟试验过程中的模型岩层移动的变形情况、应力变化和位移变化数据,结合当前矿山现场数据进行综合分析,得到了矿山空区的冒落形式、露天采场最可能的破坏形式以及70°的压矿角度。根据70°压矿角重新划定露天采场合理的压矿界限,井下二期工程可以在安全的状况下多服务2 a,此时露天采场开采已结束,井下二期工程不再受露天采场的压矿限制,从而实现露天采场与井下开采的顺利过渡。研究结果为合理协调矿山开采、保障矿山安全提供了较好的理论依据,为类似露天地下联合开采的矿山提供了借鉴。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙场分布的时空耦合规律

以淮南矿区3个典型的深井工作面为工程背景,运用数值模拟、相似模型试验和现场监测的综合研究方法,对深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙分布的动态演化特征和时空耦合规律进行系统研究,相应探讨了采动应力场、覆岩位移场及顶板裂隙场的动态响应机制。研究发现:采动应力受开采进度影响明显,工作面见方前后20 m的范围为应力显著影响区,两者之间具有动力响应的瞬变演化特征。覆岩运移具有很强的时空观,同一层位的岩层随推进时步增加垂直位移近似成"Z"字型分布。顶板塑性区的破坏范围与推进度保持同步协调关系,扩展空间由下及上,破坏深度由表及里,影响时间由短变长。顶板破断具有瞬时突变、分段延伸和分区迁移的时空特点,覆岩裂隙场经历了卸压失稳、张裂破坏、萎缩变小、拟合封闭的时空演变过程。现场监测获得了推进时间与覆岩破坏的采动响应模式,研究结论为深部煤岩动力灾害的防控提供理论参考。     

基于多因素正交设计法采场结构参数数值模拟研究

以某铜矿V#矿体为例,采用多因素正交设计法对采场结构参数进行了有限差分数值模拟研究,得到位移、应力和塑性区分布情况的多个指标。通过比对法求得多指标模糊权重值,从而得到位移、应力综合评价指标来对采场稳定性进行分析评价,最终确定合理的采场结构参数。对类似矿山问题以及其他领域的多因素、多水平和多指标问题有重要的参考价值,对矿山安全生产起到科学的指导作用。