新城金矿竖井保安矿柱的三维圈定与模拟回采

竖井周边矿体的开采对竖井的稳定性有重要影响。新城金矿Ⅺ#矿体在主竖井下部,首先应用三维软件圈定了竖井保安矿柱并统计压矿量。统计结果显示,依据规范圈定的竖井保安矿柱导致Ⅺ#矿体大部分资源不能被回采。针对这一问题,在Ⅺ#矿体与竖井三维模型的基础上,建立了FLAC3D数值计算模型,并按2种方案进行了模拟回采。数值模拟结果表明:Ⅺ#矿体保安矿柱内部矿石回采具有可行性,回采造成的塑性区主要集中在采空区周围以及充填体内部;回采将导致竖井底部变形较大、应力集中较突出,是关注的重点区域。研究结果为竖井周边矿体的开采提供了理论指导,具有重要的实践意义。     

鑫达金矿竖井保安矿柱圈定及稳定性分析

鑫达金矿原设计采用65°岩移角圈定竖井保安矿柱,对于进入深部开采阶段的矿山来说该方法局限太大,会导致大量的优质矿体位于保安矿柱圈定范围之内而无法回采。为解决这一问题,从控制岩移范围入手,根据临界散体柱理论重新圈定了竖井保安矿柱,并运用FLAC~(3D)数值模拟软件,模拟保安矿柱优化后矿体开采对竖井稳定性的影响。结果表明:竖井变形主要以垂直方向上沉降为主,水平方向位移较小;矿体开挖后应力扰动范围并未波及到竖井附近,竖井处于相对稳定的状态。     

复杂采矿条件下临时水平矿柱稳定性分析

针对复杂采矿条件下金川二矿区仍采用多中段开采的现实,采用三维非线性有限差分数值模拟方法,揭示了1 000 m临时水平矿柱从其形成、逐分段回采变薄直至最终消失全过程,在控制围岩地压活动方面所起作用的机制,以及临时矿柱应力与变形分布的演变规律。结论表明,临时水平矿柱形成之初,在控制上下围岩收敛变形方面起到明显的作用,但在矿柱与围岩结合部位引起应力集中现象明显;回采水平矿柱对采空区下盘围岩变形产生相对较大影响,但不至引起灾害性地压活动的产生。     

缓倾斜薄矿体矿柱回采采场围岩稳定性研究

为解决缓倾斜薄矿体矿柱安全高效回采这一难题,对采场围岩稳定性进行研究是非常必要的。以三山岛金矿平里店矿区为工程背景,在前期现场调查、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,运用RMR分级法和Q系统分级法分别对缓倾斜薄矿体矿柱回采围岩质量进行分级研究,得出采场围岩稳定性一般;分析了缓倾斜薄矿体采空区顶板破坏机理,并基于Burgers体建立了缓倾斜薄矿体采空区流变力学模型,为采场支护提供了理论依据技术支持;设计了缓倾斜薄矿体矿柱回采采场围岩应力实时监测系统,得到了采场围岩应力变化规律,现场实践证明：监测系统精度高、运行稳定。     

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FLAC~(3D)的充填采场结构参数优化研究

以新城金矿V~#矿体-580中段采场为研究对象,利用FLAC~(3D)软件进行采场稳定性模拟研究,计算分析6种不同采场结构参数引起的采场顶板应力、位移变化特征,得出最佳采场结构参数。结果表明:在二步矿柱开挖过程中,二步矿柱周围的介质向空区位移变形,采空区中间产生较大变形,顶板垂直位移随着二步矿柱的开采逐渐增大,但最终趋于稳定。在6种方案回采过程中,方案2和方案5与其他方案相比,顶板位移、应力相对较小。基于矿山高效回采及成本考虑,建议采用分层高度5m,采场宽度8m,矿房超前一步矿柱6分层的采场方案。     

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研

根据某矿山开采实际, 利用PFC^2D建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型, 分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明, 崩落法回采时, 上部隔离矿柱发生了破坏, 上盘地表出现拉应力集中, 塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前, 回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后, 上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大, 且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时, 隔离矿柱未出现整体破坏, 上下盘地表未出现明显塌陷, 上下盘地表和回填体的水平应力变化不大, 但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。     

深部金属矿山卸压开采研究

为了确保深部资源的安全高效经济开采,以广西某矿业公司深部105号矿体作为研究对象,针对105号矿体即将开展的大规模开采过程中有可能出现的应力诱导矿压灾害,开展了卸压开采研究。根据矿区105号矿体及围岩的岩爆倾向性结论,结合矿区开采技术条件与开采工艺、地应力水平与岩体力学参数,提出了4种卸压方案,并利用FLAC3D及Plot Digitizer软件对4种方案的卸压效果进行模拟分析。结果表明:采场两侧布置卸压槽卸压方案使采场周边应力降低14.8%;切顶和拉底布置卸压槽卸压方案卸压不成功;在上盘深孔卸压爆破卸压方案使采场周边应力降低50.4%,在矿体与围岩之间能形成有效的应力隔离带;矿块分步回采方案使采场周边应力降低63.6%,最终通过最大主应力比较分析确定矿块分步回采为最优方案。     

深部开采对下盘竖井稳定性影响的研究

为研究深部开采对下盘竖井稳定性的影响,以内蒙古某金矿为工程研究背景,通过测定矿山岩体力学参数、建立矿山三维数值模型,采用数值模拟分析方法,模拟空场法开采该金矿32号矿体188～-300m的过程,得到深部矿体开采过程中下盘竖井围岩变形量、应力集中情况和塑性区分布特征。研究结果表明:32号矿体深部开采的过程中,下盘竖井围岩主要受压应力作用,且围岩所受最大压应力超过围岩抗压强度,围岩稳固性差;下盘竖井围岩中将发生较大范围的剪切破坏;下盘竖井的变形量将超过规定的安全许可范围,易发生变形破坏。     

汤丹铜矿深部三维地应力分布规律及矿区结构面特征

汤丹铜矿1 218m中段探矿工程出现地应力集中现象,巷道大变形、岩层移动加剧。为采空区稳定性数值模拟提供原岩应力场,采用单孔3段套孔应力解除法对3个中段进行三维地应力测试,获取了垂直方向9组地应力数据,将解除的试件进行围压率定试验,判定12个应力片的工作状态。三维地应力测量结果表明:最大主应力、中间主应力和最小主应力随深度基本呈线性增长;当深度达1 130m时,最大主应力值为41.29MPa,与水平面夹角为-1.15°,方位角179.37°,水平主应力与自重应力比值为1.35～1.47,反映出矿区存在较大的构造应力场。将测量结果与区域构造和结构面产状结合分析发现,主应力方向与断层和结构面走向一致,与巷道工程布置垂直或大角度斜交,研究成果对深部回采和井巷工程布置具有重大意义。     

基于3DMine-Rhino-FLAC3D的多采空区对竖井的稳定性影响分析

矿山不断的深入开采,会遗留下大量采空区,采空区的失稳破坏势必会对位于移动带内的竖井稳定性造成影响,竖井的变形破坏不仅影响矿山正常生产,还将给人们的生命,财产和国家造成重大损失。随着高性能计算机和数值模拟技术的普及,为复杂采空区及竖井的稳定性研究提供了新的解决思路。为了解内蒙古某金矿竖井的稳定情况,在“三维网格堆砌法”的基础上提出了3DMine-Rhino-FLAC_^3D耦合建模的新思路,能够更加精准的反应地表、矿体和采空区的实际情况,提高计算的准确性。对竖井周围的应力、位移、塑性区等方面进行了分析,并提出两种可行的治理措施。1.发现该竖井在658m中段的变形量最大,最大位移量3.5cm左右；2.随着采深的不断加大,虽然在采空区周围的围岩应力有增大的趋势,但在开采过程中对竖井周围应力影响较小；3.通过开挖后主竖井周围围岩仍处于原岩应力状态,未出现剪切和拉伸破坏；4.对两种不同的治理方案治理后的采空区分析发现主竖井的变形速率明显减小,说明两种治理方案均能使井筒变形的到控制,有效提高竖井周围围岩的稳定性。     

复杂条件下不规则空区围岩冒落时空演化特征研究

复杂条件下不规则空区围岩冒落一直是裂隙岩体冒落研究领域的难点之一,岩性、断层、节理、空区形态及周边空区等条件越复杂,空区围岩冒落特性越难表征。石人沟铁矿开采M2矿体期间因下部民采空区突然冒透-210 m水平,形成埋深大、规模大、不规则且位于主要生产区域的M2主空区,同时该空区北侧还分布4个非法盗采诱发的隐伏空区,严重威胁了矿山安全生产。为此,提出了集三维探测、三维建模与三维数值模拟于一体的不规则空区围岩冒落范围预测方法。利用三维激光扫描技术探测空区形态与位置分布,在Rhino软件中利用复杂地层条件和空区最大不规则断面建立三维数值模型,基于3DEC研究周边空区开挖形成的采动应力影响下的M2主空区围岩时空演化特征,得到空区围岩最大冒落范围,并以空区水平截面半径和横向最大冒落范围之和确定安全隔离区半径,用以保障空区安全治理与周边矿体安全生产。研究表明：M2主空区围岩冒落活动在向上扩展的同时,也在沿矿体走向方向发展,且北侧围岩冒落范围远大于南侧。此外,通过开采安全隔离区外部南侧矿体,可有效利用已有采准巷道和中深孔穿孔工程,使该矿产能得到有效衔接。     

神角煤矿孤岛工作面回采巷道合理位置研究

以神角煤矿2307孤岛工作面为工程背景，采用理论分析、现场测试、数值模拟等研究方法，对孤岛工作面回采巷道的合理位置进行了研究。开展了巷道围岩地质力学评估研究，分析了围岩岩性及顶板岩层组合情况、顶板破坏情况；讨论了2307孤岛工作面的区域应力场特征，主应力峰值位于采空区侧方5 m范围，主应力方向和比值均随工作面开采推进而变化；获得了不同煤柱尺寸下回采巷道围岩塑性区的形态特征与演化规律，综合确定煤柱尺寸为20 m。在上述分析的基础上，提出了柔性支护方案并进行了工业性试验，能够保障顶板稳定。研究成果能够对其他地质条件相似的孤岛工作面回采巷道的围岩稳定控制起到一定的指导和借鉴作用。     

盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法试验研究

以新城金矿深部厚大破碎矿体为研究对象, 针对其开采中存在的深井高应力、矿岩破碎、允许暴露面积小、作业安全性差、矿化严重不均、矿体短、可供布置的矿房个数少、生产能力低等技术难题开展了研究, 创造性地提出了盘区阶梯式无间柱连续充填采矿法。通过进路无间柱连续开采和盘区阶梯式布置实现了深部厚大破碎矿体安全、高效、低贫损开采。二年多的现场工业试验证明, 该采矿法采切工程量少、工艺简单、作业机动灵活、安全性好、开采成本低、盘区生产能力大, 是一种适合于新城金矿深部矿体的理想采矿方法。     

受上覆采空区影响的工作面巷道围岩应力分布规律测试研究

多煤层开采引起的应力场叠加效应是引起煤矿深部煤与瓦斯突出、冲击地压及大变形失稳等灾害的重要原因之一。受上覆丁5,6-22260工作面采空区影响,平煤股份六矿戊8-32020工作面掘进过程中矿压显现剧烈,灾害发生风险较高。为揭示受影响掘进工作面巷道围岩应力分布规律,基于流变应力恢复法软岩应力测试技术,开展戊8-32020回风巷围岩应力现场测试研究。结果表明：上覆采空区对工作面应力分布的影响主要集中在自重应力方向,应力集中系数达1.75,水平方向应力影响相对较小|随着与采空区距离的增加,戊8-32020工作面回风巷围岩应力呈现先增加后逐渐减小的趋势|通过数据拟合预测了采空区的影响范围为戊8-32020回风巷右侧约75m,即距离采空区水平距离约146m。     

沿空掘巷窄煤柱合理宽度确定的数值模拟

针对五阳煤矿7603孤岛工作面沿空掘巷所留窄煤柱合理宽度确定的问题,采用理论计算、数值试验分析方法,研究了采空区侧向应力的传递与分布规律、不同宽度煤柱的受力分布、回采巷道围岩的受力情况、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系。     

复杂环境下的空区顶板岩层移动破坏响应特征研究

为了使赋存于构造应力及河床等复杂环境下的某萤石矿矿体能被安全回采,依据矿山设计总体框架,研究采用现场监测和数值计算手段,分别分析了干式充填和灰砂比1∶4胶结充填采矿作业对空区顶板覆岩移动破坏的响应特征。研究结果表明灰砂比1∶4胶结充填采矿工艺能有效控制空区顶板覆岩移动破坏;干式充填采矿在空区顶板覆岩产出的下沉变形值、主应力差值及塑性破坏区等破坏特征值明显偏大,且采空区顶板覆岩遭受多次剪切破坏,裂隙带与河床贯通,不能保证矿山的安全顺利生产。     

保护煤柱开采暗斜井矿压显现规律研究

 以谢一矿延伸交通井为研究目标,分析了延伸交通井在保护煤柱4271B8工作面跨采影响下井巷围岩矿压显现特征。根据实测资料对井巷受采动影响的变形规律、破坏特征进行了分析。借助于数值模拟方法,分析了跨采动压井巷在4271B8工作面回采时的稳定性特征,得到了井巷围岩应力分布特征及塑性区范围等。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力。研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟软件,分析4305工作面与4306采空区留设5 m、8 m、15 m煤柱对应工作面巷道掘进及回采期间的变形及破坏规律可得,煤柱应力集中程度随着煤柱宽度逐渐减小而增大。确定选用8 m煤柱。现场压力监测表明,选用8 m煤柱并采用合理支护形式的条件下可以有效控制巷道围岩变形保障安全回采。