湘西金矿试验采场的有限元分析

湘西金矿2241试验采场的矿体为缓倾斜薄矿脉,拟采用机械化水平分层削壁充填法回采,定向抛掷爆破围岩充填采空区。为了了解回采过程顶板的稳定性,用有限元数值分析方法,模拟采场回采过程,分析其应力、位移变化情况。稳定性分析结果表明:该采矿方法设计合理可行、安全可靠。     

岩石力学在缓倾斜矿体开采中的应用

本文用岩石力学的观点,总结了近二十年来在缓倾斜矿体开采中所进行的研究工作,从现场实测、模拟试验、有限元计算等方面所积累的丰富资料出发,对构成缓倾斜矿体采空区的三要素——矿柱、顶底板围岩、充填体的稳定性进行了分析讨论;阐述了矿柱和围岩变形、破坏特征、大面积地压活动的规律和控制方法及充填体作用原理;提出了安全监测和预报的方法。     

上盘预留矿柱回采过程中应力场演化规律研究

针对某金矿具有的缓倾斜、破碎、中厚矿体的特点,提出采用分段矿房法回采矿产资源;试验采场围岩总体稳定性较好,但矿体上盘边界是破碎蚀变带,岩石较破碎,而且矿区内地表水体较发育,上盘围岩中有含水层等特点。上盘围岩的冒落,对矿石贫化及安全采矿产生了很大影响,提出了预留上盘矿柱以减缓围岩冒落的方案。采用FLAC3D进行了回采过程中采场应力迁移、位移变化及单元破坏规律的数值计算研究。结果表明：预留2 m的矿柱有利于维持上盘的稳定性,防止塑性区域的扩大,从而达到降低矿石贫化及安全采矿的目的。     

多中段群空区下缓倾斜厚大矿体分区高效回采实践

某大型岩金矿山缓倾斜厚大矿体拟采用两步骤空场回采嗣后崩落采矿法,针对多中段群空区下一步骤采空区未处理环境下的二步骤采场回采,结合矿区改扩建生产能力需求,创新构建了大盘区采场分区高效回采方案。将二步骤采场划分成两个区域回采,两区域中间由隔离矿柱分开,下盘矿体采用分段空场侧向崩矿嗣后放顶方案,上盘三角矿体采用分段空场正向崩矿法方案。通过开展大盘区采场分区现场工业试验,实现了多中段群空区下缓倾斜厚大矿体的高效经济安全开采,为类似条件矿山开采提供了重要的技术支撑。     

缓斜极厚矿体开采安全切顶厚度研究

针对某锡矿山缓斜极厚矿体采场采用高阶段、大直径深孔落矿分步骤回采过程中采空区上方切顶硐室的安全性问题,综合采用弹性力学理论和数值分析方法,研究了采场开采安全切项厚度.在采用弹性力学方法提出了采场凿岩硐室长度为26 m,跨度为12m,采场安全切顶厚度为6m的基础上,采用数值分析方法对采场安全切顶厚度进行了分析验证,并开展了切顶硐室表面位移及围岩应力的现场监测研究.研究表明:数值分析得出的最大拉应力值0.96 MPa小于抗拉强度,且安全率为2.98,最大位移监测值7.58 mm与数值分析值8mm相近,故采场切顶厚度为6m是合理的,可确保采场切顶作业过程的安全.研究成果已用于矿山生产实践,有效解决了该矿运用大直径深孔落矿开采缓倾斜极厚矿体时采场切顶硐室的安全性问题.     

缓倾斜薄矿体采场顶板跨度及矿柱尺寸计算

采用房柱法开采缓倾斜薄矿体时,合理的顶板跨度和矿柱尺寸对矿山安全和持续生产至关重要。以大新锰矿为工程背景,分别采用经验公式、板理论及梁理论等对采场顶板跨度进行了计算与分析,推荐采场顶板跨度为8 m。在此基础上借助矿柱荷载理论,兼顾矿柱的几何形状、流变效应、尺寸及爆破破坏等影响因素,对矿柱进行了设计。结果表明:本研究推荐的采场顶板跨度和矿柱计算方法简便、可行,适用于缓倾斜层状薄矿体房柱法开采设计。     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。     

谦比西铜矿西矿体采场结构参数优化

中非矿业公司下辖谦比西铜矿西矿体含铜品位较高,顶板破碎,为典型的缓倾斜中厚难采矿体,设计采用上向分层充填采矿法进行回采。为探求其合理的采场结构参数,利用有限元软件ANSYS对采场不同布置方式时围岩的应力变形状况进行分析,确定了采场垂直矿体走向布置为最优回采方案,设计出9种典型采场结构模型,对其模拟结果进行优化比较,最终确定了合理的采场结构参数,即 4.3 m矿房,4.0 m矿柱。     

基于岩体质量评价的充填采场稳定性分析

针对金属矿山采场遗留矿柱回采中的采场稳定性问题,利用点荷载强度试验得到单轴抗拉和抗压强度,基于非接触扫描方法对节理化岩体进行结构面信息统计,综合现场点荷载强度、结构面参数信息结果,采用工程岩体质量评价的BQ分级方法对采场围岩进行岩体分级,最终确定了岩体按质量分级主要为Ⅲ级,局部岩体为Ⅳ级。该方法能够实现非接触式扫描节理岩体获取结构面信息与岩石力学实验相结合的岩体质量评价,从而为类似矿柱回采工程提供参考。     

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。     

缓倾斜中厚矿体高效开采技术研究

为探索破碎顶板下缓倾斜中厚矿体的地下开采技术,实现矿体的快速、高效开采,以金厂河多金属矿缓倾斜中厚矿体为研究对象,分析了矿岩岩石力学参数及岩体质量级别,根据不同的开采技术条件,优化选取合理的采矿方法及采矿装备。根据研究成果,矿体顶板大理岩稳固性较差,矿体稳固性较好。厚大矿体采用大直径深孔嗣后充填采矿法,中厚矿体采用预留矿体护顶的中深孔空场嗣后充填采矿方法。研究表明:根据矿岩稳固性分级及矿体开采技术条件,采用不同的采矿方法,能够满足矿山开采产能和贫损指标控制的要求;破碎顶板采用支护加固处理或预定矿体顶板护顶的方式,能够很好地保障采场顶板的稳定性,为采场的大规模开采创造有利的外部条件;开采技术适用于破碎顶板下的缓倾斜中厚及厚大矿体的地下高效开采,可大幅提高开采效率,有效控制矿体开采经济指标。     

梅山铁矿缓倾斜矿体回收的实践

针对梅山铁矿缓倾斜矿体开采存在的问题，优化生产勘探设计，确定缓倾斜矿体赋存状况，根据矿体赋存状况，优化采矿结构参数，并确定与之匹配的爆破参数，对缓倾斜矿体矿柱回收巷道受力情况进行数值模拟分析，确定合理巷道规格，采用光面爆破技术减少爆破对围岩的扰动和破坏，研究解决相关工艺问题，实现了缓倾斜矿体资源的有效回收。     

急倾斜互层厚大磷矿体的采矿方法优化研究和数值分析

为解决急倾斜互层厚大磷矿的采矿工艺,详细叙述矿体及围岩的禀赋情况,结合矿山提供的开采技术条件、矿岩及围岩的岩石物理力学性质和RQD值,运用RMR分类方法对岩体质量进行分级,确定岩石质量为Ⅲ级,为采矿方法选择提供理论依据。采矿方法中采用剔除夹石的方式提高出矿P_2O_5的品位,并推荐阶段空场法和无底柱分段崩落法开采本复杂矿体,利用FLAC3D建立开采的计算模型,从压应力状态和拉应力状态分析开采过后,矿柱和围岩受力情况;按岩体塑性分布情况分析,得出矿房间柱和顶柱处于高应力塑性屈服状态整个采场大部分矿柱均出现剪切塑性区和不同程度的拉伸破坏塑性区,有利于开采区顶板岩层垮塌和冒落,为最终确定合理的采矿方法提供了理论依据。     

金厂峪金矿缓倾斜难采矿体采矿方法研究

根据金厂峪金矿顶板不稳定的缓倾斜薄至中厚难采矿体的赋存条件,采用块体理论及数值模拟计算分析顶板的稳定性,提出了分两层逆向和顺向推进的房柱采矿法,对国内外同类矿山资源的开发利用有参考价值.     

缓倾斜极薄矿体采场结构参数优化研究

为进一步提高山东黄金矿业（鑫汇）金矿缓倾斜极薄矿体采场结构的稳定性，对双侧抛掷嗣后充填采矿法的采场结构参数进行了优化。利用有限元分析软件FLAC3D，并结合矿体实际情况，设计了1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m采场宽度结构等5个方案，计算并分析不同条件下开挖后的最大主应力及最大位移来实现采场结构参数优选。研究表明：随着回采宽度增大，第1步回采后产生的应力和破坏范围明显增大，顶板的下沉位移逐渐增大，在采幅为2.5 m和3.0 m的方案中，在第4步和第5步回采完成应力重新分布后，周边围岩应力呈现上升趋势，有潜在的岩爆风险。在不同的回采过程中，围岩中的应力存在释放的过程，使应力分布达到新的平衡状态。同时经过数据对比分析，针对采用双侧抛掷嗣后充填采矿法的缓倾斜极薄矿体，采场结构参数设置为1.5 m为最佳方案，可确保矿山安全高效生产。     

Composite active control system of roof and side truss cable for large section coal roadway in fold coal pillar area

In order to solve the surrounding rock control problem of large section gangue replacement roadway under complicated conditions, this paper analyzed the impact to the roadway controlling produced by the geological conditions such as high ground stress, folded structure tilted roof asymmetry and soft wall rock, and built the tilt layered roof structural mechanics model to clarify the increase span mechanism of the weak coal instability. Then, we proposed the combined control system including roof inclined truss cable, coal-side cable-channel steel and intensive bolt support. And then by building the structural mechanics model of roof inclined truss cable system, the support principle was described. Besides, according to this model, we deduced the calculation formula of cable anchoring force and its tensile stress. Finally surrounding rock control technology of large section roadway in fold coal pillar area was formed. Field practice shows that the greatest roof convergence of gangue replacement roadway is 158 mm and coal-side deformation is 243 mm. Roadway deformation is controlled effectively and technical support is provided for replacement mining.     

倾斜厚煤层沿空梯形巷道煤柱合理宽度研究

为了探究倾斜煤层沿空巷道合理煤柱宽度留设,采用理论分析、数值模拟和工业性试验相结合的方式开展研究。结果表明:通过建立沿空巷道基本顶力学模型,推导出倾斜煤层内应力场影响范围为12.2~12.8 m;数值模拟不同煤柱宽度下巷道围岩偏应力分布特征,最终确定合理窄煤柱宽度为10 m;继而提出顶板预应力锚杆+高强度单体锚索+桁架锚索支护耦合作用下的非对称围岩控制技术,现场矿压观测结果表明巷道围岩稳定性良好。     

倾斜层状围岩变形规律的相似模拟研究

为研究倾斜层状围岩薄矿体在开采过程中上覆岩层的变形破坏规律,以永昌铅锌矿矿体为物理试验模型,通过相似模拟材料试验建立二维地质模型,对在倾斜层状围岩条件下,薄矿体地下开挖后覆岩的变形破坏特征、力学特性和破坏过程进行研究。结果表明,顶板受第一次与第二次开挖影响最大,随着不断地开挖,沿着开挖方向的矿壁不断地变为间隔矿柱,每两次矿体开挖之间水平位移的方向均会发生一次反转;位于矿柱上方的围岩沉降值较小;覆岩水平变形与下沉的方向均指向采空区中心偏下区域;层状岩体易引起弯曲折断破坏;采场覆岩相对下沉增量和水平相对位移增量单调递减。