小官庄铁矿北区开采扰动的地表及井筒变形规律

针对由于地下开采引起的小官庄铁矿地表及井筒产生较大移动变形的问题,利用FLAC3D程序对小官庄铁矿地下开采进行了数值分析,为现场的采矿方案确定提供指导。根据对-387 m阶段、-450 m阶段矿体开采的数值模拟,北区-450 m阶段矿体的开采必然导致地表及井筒移动变形的继续增大,采用充填采矿法能够限制地表及主、副井井筒移动变形的发展。权衡考虑降低采矿成本和限制地表和井筒变形的需要,提出了小官庄铁矿北区-450 m阶段保安矿柱外150 m范围内的矿体采用充填法过渡开采,其他部分继续采用无底柱分段崩落法开采的方案。     

复杂地质条件下两种采矿方法共同开采时地表变形规律研究

采用相似模拟实验、数值模拟和现场测试相结合的方法对程潮铁矿无底柱分段崩落法和充填法共同开采时的地表变形情况进行了研究,同时利用地压在线监测系统进行应力测试,确保保安矿柱回收的顺利进行。结果表明,地表最大沉降值为54 mm,基本保证地表的稳定性;垂直矿体走向方向地表的垂直位移值与开采中心的距离正相关,水平位移值则以开采中心呈现中心反对称。随距开采中心距离增大,矿区地表垂直位移和水平位移绝对值逐渐减小。该研究可为程潮铁矿井下矿体共同开采提供参考。     

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响规律研究

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响,利用正交试验设计方法,研究不同矿房、矿柱尺寸,以及充填体不同沉降率时,围岩及地表的应力应变显现规律。结果表明,顶板拉应力值的大小不仅仅跟采场跨度有关,与矿柱尺寸、充填体是否接顶及沉降率密切相关。从整体位移可以看出,不同计算方案,地表或多或少都会出现沉降变形,位移最大位置出现在矿体开挖上部。同一计算方案不同位置位移量存在关系:矿房位移矿柱位移地表位移。在上下盘断层位置处,均出现明显的位移阻隔现象。矿房尺寸相同的条件,位移量随着矿柱尺寸的增大而减小。矿房尺寸大于一定值时,矿体的开采将会对地表产生影响,存在一定安全隐患。     

山东某铁矿保安矿柱开采对地表构筑物的影响分析

随着矿产资源逐渐减少以及充填采矿技术的成熟,原工业场地、村庄、道路等"三下"矿体逐渐进入回采可行性论证阶段.为探究某铁矿保安矿柱开采对地表的影响,结合矿山开采技术条件,采用数值模拟的方法,分别对矿山开采现状、按设计范围开采和统筹保安矿柱开采情况下的地表位移情况进行了计算.通过对比分析,该铁矿采用分段空场嗣后充填法统筹保...     

程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究

程潮铁矿矿体随开采水平下降而逐渐西移, 导致选厂下保安矿柱的矿量逐渐增加。为了保护地表选厂同时尽可能回收矿石资源, 程潮铁矿采用充填法回收保安矿柱和无底柱分段崩落法开采塌陷坑下矿体联合开采回收-430~-500 m阶段矿体。为了防止两种采矿方法交界处的采矿活动相互影响, 采用数值模拟方法, 选取15 m、20 m和25 m厚度的隔离矿柱分别建立了联合开采数值模型模拟开采, 得到联合开采后地表沉降以及充填采场的安全系数, 并对其进行比较。结果表明, 隔离矿柱厚度为20 m时, 选厂地表监测点的沉降值较小, 充填采场安全系数较高, 能够满足选厂和充填采场安全性要求, 同时矿柱压矿量少, 经济效益较优。研究结果能够为矿山的实际生产提供一定的指导。     

基于水平构造应力比圈定新城金矿竖井保安矿柱初探

在以往的竖井保安矿柱圈定过程中,岩层移动角是主要的考虑因素,地应力条件则通常不被重视。而对于水平构造应力显著的矿山,在回采扰动下竖井周边易形成应力集中区,不利于竖井稳定。新城金矿水平构造应力突出,为了在圈定竖井保安矿柱时考虑水平构造应力作用,建立了竖井周边采矿的概念模型,模拟在不同水平应力条件下开采对竖井围岩变形及应力的影响。研究表明:当采空区位于竖井的最大主应力方向上时,回采具有显著的卸压作用,可以减小水平构造应力对竖井的影响,变形场主要集中于采空区周边,且竖井围岩也向采空区挤压变形;在竖井的最小主应力方向回采矿体则会加剧竖井处的应力集中,竖井围岩呈现出整体向井筒内部加剧挤压变形的趋势。在此基础上,建立了新城金矿竖井与矿体的大尺度数值计算模型,对比分析了圆形保安矿柱方案与根据水平应力比圈定的椭圆形保安矿柱方案,结果表明:针对新城金矿的地应力及矿体条件,目前保留100 m的竖井保安矿柱为较优方案。     

锡林浩特萤石矿副井保安矿柱稳固技术研究

锡林浩特萤石矿采用留矿法开采,随着空区长时间暴露及井下采动不断影响,保安矿柱遭受了不同程度的破坏,导致副井安全运行受到严重威胁。为解除这一威胁,采用FLAC 3D数值模拟方法对四、五中段保安矿柱范围内矿体开挖与充填前后,副井附近的应力及位移变化情况进行了模拟分析,证实了开挖对竖井造成的威胁及充填对竖井保护的有利作用。基于此,研究提出顺次崩落中段遗留顶柱与地表塌陷坑同步废石充填相结合的保安矿柱稳固措施,并对充填后矿柱范围内剩余空区实施二次补充,实现了保安矿柱破坏范围的有效充填,为矿山安全、绿色、高效开采提供了有力保障。     

硬岩矿床组合型井筒保安矿柱圈定与压覆资源回采技术

为合理留设硬岩矿床充填开采时的井筒保安矿柱尺寸,考虑硬质围岩的岩体质量等级和自身抗变形、抗破坏能力,在常规岩层移动角圈定方法的基础上提出了组合型井筒保安矿柱留设方案。以山东某铁矿东主井压覆资源开采为研究背景,通过现场调查与岩石力学试验开展了工程地质分区与岩体质量等级评价,根据分级结果将-250 m水平以上的Ⅱ～Ⅳ级围岩按岩层移动角圈定台体状井筒保安矿柱,-250 m水平以下Ⅱ级硬质围岩按极限距离80 m圈定圆柱形保安矿柱,同时设计了两种井筒压覆资源开采方案,即浅孔留矿法嗣后充填开采与上向水平分层充填开采。研究表明:上向水平分层充填开采对应的井筒内壁变形量为浅孔留矿法嗣后充填开采的80%,但两种开采方案引起的井筒变形均未超过安全标准。所提出的上向水平分层充填开采方案与组合型井筒保安矿柱留设法在该矿山得到了成功应用,回收矿量约400万t,可为其他类似矿山的井筒压覆资源开采提供借鉴。     

高应力区陡倾矿体开采引起岩移变形的数值模拟

采用数值模拟的方法,就金川二矿区高构造应力下充填开采引起的地表变形规律、围岩位移场展开研究。结果表明：构造应力下充填开采引起的地表变形的形态和范围、变形中心位置和量值均在发生有规律性的变化,矿体上盘的地表变形量明显大于矿体下盘的地表变形量;围岩变形形式由初期的顶板下沉和底臌变成后期的两帮内挤;上盘围岩的位移量大于下盘围岩位移量。研究结果对于研究构造应力下的陡倾矿体开采引起的地表及围岩变形规律有指导意义。     

基于3D-σ软件的大红山铁矿Ⅲ~#、Ⅳ~#矿体稳定性研究

为有效分析地压活动对矿山地下开采的影响,采用3D-σ软件对大红山铁矿Ⅲ~#、Ⅳ~#矿体的开采过程进行了数值模拟分析。结果表明:(1)现阶段Ⅲ~#、Ⅳ~#矿体北盘区顶板及矿柱整体稳定性相对较好,没有出现大的地压显现现象,说明顶板及矿柱即便会出现局部破坏,也不影响整体稳定性;(2)在380 m N2、N3、N4盘区充填的基础上,开采380 m NH1、NH2、NH3盘区时的地压活动强度小于不充填时的地压活动,但在不充填的前提下开采380 m NH1、NH2、NH3盘区也能满足安全要求;(3)从开采过程的应力、位移、安全率及塑性区的分布规律看,建议首先开采380 m NH2盘区,最后开采380 m NH1、NH3盘区;(4)在预留保安矿柱的前提下,当主矿体开采至340 m水平时,不会对Ⅲ~#、Ⅳ~#矿体采区造成影响,建议在开采过程中对盘区顶板及矿柱进行地压监测,对顶板及矿柱的受力情况进行分析,以便及时掌握顶板、矿柱的受力形式。     

某矿山露天转地下开采对露天边坡的稳定性研究

以某露天转地下开采矿山为背景,利用FLAC~(3D)软件建立露天采坑及矿体模型,并对地下开采和充填过程进行模拟,得出露天边坡和坑底的位移及应力变化情况。模拟结果显示,在露天坑底预留保安矿柱的前提下,采用充填法开采能有效控制露天边坡及坑底的沉降、变形,从而减小地下开采对露天边坡稳定性的影响;但随着开采区域向上推进,应加强对露天边坡及坑底保安矿柱等应力集中区的监测,以确保矿山生产安全。     

高承压含水层下矿体回采保安矿柱合理宽度留设应用研究

针对"三下"矿体回采难度大、安全要求高等特点,并结合矿山水文地质条件及开采现状,提出了"顶板预控、分区隔离、及时充填"的方案,并通过理论计算、数值模拟、工业性试验等手段对矿体强化开采时护顶矿柱厚度及隔离矿柱宽度进行了模拟和计算。现场工业性试验表明,"顶板预控、分区隔离、及时充填"方案能够有效控制采场顶板大面积垮落,确定西区护顶保安矿柱厚度为120m,东、西区连续隔离矿柱宽度为20m。     

丫他金矿地下开采对地表公路的影响分析

为了确保地表公路的稳定,采用FALC3D有限差分法数值软件对地表公路保安矿柱进行了不同厚度的模拟分析,同时计算分析了地下矿体逐层开挖逐层充填对采场及地表公路稳定性的影响。结果表明:因丫他金矿围岩岩性差,地表公路保安矿柱定为40 m较为可靠,具备一定的安全保障性,上部公路处于稳定状态,而且地下矿体逐层开采逐层充填可有效降低顶板冒落和地表下沉,地表公路产生的下沉变形很小,仅为1.2 cm,同时地表基本未产生塑性扰动区,利于保护地表已有公路设施。研究结果为该深部矿体安全高效回采和地表公路安全稳定提供了理论依据和技术指导。     

近地表倾斜矿体开采地表及覆岩变形破坏模拟

为了揭示近地表倾斜矿体开采过程中地表及覆岩变形破坏机制,以某铜矿一典型地质剖面为原型,运用物理概化模型试验,联合UDEC数值模拟,分析了地表及覆岩变形破坏随不同开采步的变化规律。物理模拟与数值模拟均表明:开采-45 m以上的矿体,覆岩局部扰动,位移小。当开采-75~-45 m之间的矿体,覆岩位移加大,陷落区范围逐渐扩大,岩体出现离层,破坏波及地表。如果对预留矿柱进行开采,覆岩整体崩塌,离层显著,覆岩块体出现错动与转动,破坏直达地表。合理采用概化物理模型试验技术,联合数值模拟,可以既直观又准确地模拟地表及覆岩变形破坏的动态演化过程。     

河床下矿体分段空场嗣后充填法开采研究

贵州某磷矿区西侧地表有河流自南向北流过,该河床为矿区最低侵蚀面,标高为+738.6~+801.2m。该磷矿在+700~+500m标高延伸工程中,其采矿活动在河床最低侵蚀面以下,因此必须严格控制矿体开采引起的围岩扰动。通过现场勘查、理论分析和数值模拟等手段对河床下矿体的采矿方法进行研究,有针对性地提出了废石和混凝土砼柱交替充填的"走向式人工矿柱的分段空场嗣后充填采矿方法"和"倾向式人工矿柱的分段空场嗣后充填采矿方法"两种技术方案,并通过数值模拟分析进行比较,结果表明,两种采矿方法均能有效控制采动对上覆岩层的扰动,但"倾向式人工矿柱的分段空场嗣后充填采矿方法"在矿柱受力、位移及顶底板移动变形方面具有优势,最终将该方法作为该河床矿体开采的采矿方法。     

大红山铁矿400 m以上坑采对露采的影响

地下崩落法采矿破坏了采场上覆岩层的应力平衡状态,引起地表变形和岩层移动,影响到地表构筑物的安全使用与保护问题。深部矿体采用崩落法开采,将会影响到地表露天采场境界的稳定。采用FLAC3D数值模拟的方法来研究深部矿体开采后对露采境界的影响。模拟分析表明：按照65°移动角计算,预留保安矿柱,400 m水平以上南部矿体开挖后,并未影响到露采境界,露天工程整体稳定。但是不预留保安矿柱, 400 m以上矿体全部开挖后,影响到了A34线以西的露采境界。研究结果为地表露天矿的设计和安全生产提供了指导性的依据。     

程潮铁矿深部矿体分区开采方案优选研究

程潮铁矿一500 m中段矿体回采进入尾声﹐即将进入一570 m中段回采,针对一570 m中段矿体开采无法保证生产需求等问题,以程潮铁矿一57o m中段、一675 m中段矿体与围岩为研究对象,研究以不同开采方案开采矿体后对地表稳定性的影响﹐借助 MIDAS软件建立三维数值模型﹐并采用三维有限差分软件对不同开采方案下地表岩层移动进行仿真模拟分析与研究,基于数值模拟结果对采场应力分布进行分析,并提出稳定性建议。结果表明:程潮铁矿深部矿体开采对地表的影响主要在矿体正上方,地表沉降大小与距离塌陷坑的距离成反比,一570 m中段与一675 m中段的矿体以49线为分界设隔离矿柱,矿柱西侧充填东侧崩落开采时能达到地表稳定性与经济效益的动态平衡。     

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。     

充填开采安全深度与保安矿柱圈定研究

地下矿山深度充填开采过程中,保安矿柱的留设不可避免,传统的保安矿柱圈定方法问题明显,以安全深度结合岩移角圈定保安矿柱的方法被认为是可行的,但安全深度的计算方法尚不明确。以三鑫金铜矿桃花嘴矿区为工程背景,采用理论计算、有限元数值模拟方法来研究安全深度,进而圈定保安矿柱。结果表明:通过理论计算,得到临界安全深度为-428.9m,运用有限元数值模拟软件FLAC3D对开采过程中顶板下沉量与塑性区分布、井筒位移与应力变化情况进行模拟,进一步确定了安全深度为-442m。基于安全深度理论对保安矿柱重新进行圈定,与传统方法相比,释放了大量压覆资源,提高了矿产资源利用率。     

程潮铁矿保安矿柱控制开采相似模拟实验研究

为了研究程潮铁矿选矿车间下面保安矿柱的安全回采,采用相似材料模拟实验研究手段,模拟该矿柱的两种开采方案:房柱采矿法和无底柱分段崩落采矿法相结合的开采方案;无底柱分段崩落采矿法开采方案。根据矿柱模拟开采过程中岩层破坏和地表变形,分析了应力变化规律和地表位移规律。结果表明,采用房柱采矿法和无底柱分段崩落采矿法相结合的开采方案开采保安矿柱,可以保证选矿车间在搬移期间内不受影响。该研究为该保安矿柱的安全开采提供了理论依据。