金川二矿区1000m中段水平矿柱形成及回采技术研究

金川二矿区采用双中段同时开采方式,随着两中段之间剩余矿体垂直厚度变薄,逐渐形成水平矿柱,及时准确地判定水平矿柱形成并安全将其回采,对于矿山的可持续发展至关重要。采用数值模拟手段分析了水平矿柱随着开采深度变化的形成过程,提出水平矿柱厚度为20m以下,矿柱完全破坏。通过对1 000m中段水平矿柱安全高效回采进行探索和研究,形成了矿柱回采的方案,最大限度地避开了现有在用的重点工程,保障了二矿区安全生产和出矿任务在后续中段衔接过程中有序进行。     

特大型水平矿柱底柱资源回收的技术问题分析及对策*

承担着国家最大镍矿资源生产基地-金川集团有限公司三分之二以上自产矿石原料生产的二矿区,采用多中段大面积连续回采,在两个采矿中段之间形成大面积水平矿柱。为最大限度地回收矿石资源,对水平矿柱矿石资源进行了回采,引起了国内各同行专家的高度重视与关注。特大型水平矿柱的开采在金川矿山尚属首次,在国内外矿山也没有先例,对于金川集团公司的可持续发展具有重要意义。本文结合金川二矿区目前水平矿柱回采形状和遇到的问题,对水平矿柱底柱回采面临的问题进行分析,提出建设性的措施,对水平矿柱矿石资源的安全、高效、合理地回收提供指导。     

基于尖点突变理论的水平矿柱稳定性分析

为了探明金川二矿区多中段开采时临时水平矿柱的稳定性,基于多中段同时开采下水平矿柱的受力特征,提出了水平矿柱的力学模型,在此基础上,采用突变理论的分析方法,通过对水平矿柱力学模型的分析,推导出了水平矿柱总势能表达式,建立了水平矿柱的尖点突变模型,最终导出了水平矿柱失稳的充要力学条件判据,获得了水平矿柱失稳概率小的结论,并提出了水平矿柱回采的工程技术措施。     

冒落群赋存条件下特大型水平矿柱采矿技术研究与实践

冒落群赋存条件下特大型水平矿柱的开采,在国内外也没有先例,引起了国内各大研究院所、高校及同行专家的高度重视与关注。金川二矿区结合多中段大面积连续开采实际,联合国内多家知名研究院所对此进行了研究,通过特大型水平矿柱开采稳定性研究、研究卸压开采工艺、优化冒落区采矿、实施探眼预警、开展高效充填研究与实践及探索实践安全管理新途径,创新了底部存在大面积不连续冒落群水平矿柱的安全高效、高回收率、低成本的采矿管理模式,为深部采矿中段水平矿柱的安全回采提供了参考与借鉴。这是我矿矿产资源可持续开发的发展之路,也是对金属矿山所面临的矿石底柱回采工艺研究的有益探索与补充。     

金川二矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践

分析16行垂直保安矿柱的受力状态以及对整个采场稳定性的作用,以采场稳定性为基础,研究金川二矿区大面积连续开采暂时留设的16行垂直矿柱资源回采技术,开展矿柱安全采矿设计和回采实践。结果表明,在二矿区大面积连续开采过程中,垂直矿柱在高应力作用下产生整体塑性屈服破坏。当回采水平低于垂直保安矿柱以后,整个矿柱对采场的支撑作用逐步减小直至作用不明显,因此回采矿柱对采场整体稳定将不产生显著影响。实践中有效回采了16行垂直矿柱资源。     

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。     

深部高应力复杂环境特大型水平矿柱开采方案优化研究

针对金川二矿区1000m中段厚60m的特大型水平矿柱开采面临的矿岩稳固性差,地压显现剧烈,上、下充填体贯通等不利条件,初选出两种连续回采方案,即:方案一,1000m与850m双中段单"V"型开采;方案二,1000 m双"V"型与850m单"V"型开采。利用有限差分软件FLAC~(3D)对初选的两种方案进行数值模拟,从连续回采过程中矿岩和充填体稳定性两方面对两种方案进行了对比分析。综合分析结果表明,方案二对水平矿柱的开采扰动相对较小,矿柱的整体稳定性较好。     

金川二矿区开采过程中水平矿层内部应力特征分析

金川镍矿二矿区1#矿体由于在垂直方向上两个中段同时回采,故在这两个中段之间形成一个水平矿层。随着水平矿层被回采得越来越薄,其稳定性问题越来越受到重视。作为稳定性分析的一个方面,采用FLAC3D软件对金川二矿区开采过程进行了仿真数值模拟,结果表明,水平矿层在采至32 m时可能发生了整体破坏,且矿层内部剪应力增大,对矿层的稳定性不利。     

金川二矿1150m水平矿柱回采稳定性数值计算研究

采用有限元数值计算方法,对金川二矿区特大型水平矿柱安全回采问题进行了研究。通过建立水平矿柱三维几何模型并进行网格划分,确定模型的初始应力场和材料力学参数,对水平矿柱回采前、回采后和充填后的第一主应力、第三主应力和塑性区进行了模拟计算,并采用安全因子对水平矿柱回采后的稳定性进行了评估。     

金川二矿区16行垂直矿柱的开采风险分析与预测

叙述了金川二矿区16行垂直矿柱开采前的状况,介绍了16行垂直矿柱开采的依据及回采实践,从开采安全性、矿山地压活动、矿山整体稳定性3个方面对16行垂直矿柱开采的风险进行了分析与预测,相应提出了16行垂直矿柱安全回采的合理建议。     

某铁矿矿柱回采安全性研究

某铁矿二采区一中段采用空场采矿法进行采矿,经过多年开采该中段未处理采空区体积已经达到40万m3,遗留矿柱矿量超过26万t,为了充分回收矿产资源矿山计划回采矿柱。由于现场未处理的采空区体积较大,而矿柱又是维持采空区稳定性的关键要素,可能部分矿柱的回采或破坏就会诱发一定规模的地压活动,威胁矿山的正常安全生产。所以在矿柱回采之前,对回采区域的矿柱进行安全性研究,可以指导矿柱回采的实施,进而保障矿柱的正常安全回采。结合矿山的现场实际情况,以应力增量理论为基础,采用工程地质调查、室内试验结合数值模拟的方法,对矿山二采区一中段需回采矿柱的安全性进行研究,确定了各回采矿柱的安全系数大小。研究结果表明矿山二采区一中段的矿柱处于安全状态,可以进行部分矿柱回收。     

一次回收双顶柱和间柱爆破技术及实践

根据空场法的布置特点,一般情况下,矿柱的矿量约占到矿块矿量的30%,合理高效回收矿柱,对资源回收和矿山经济效益有显著影响。以东升庙铅锌矿850m中段矿柱群为研究对象,通过分析矿柱群分布和现场实际情况,最终确定间隔抽采的整体回收方案。通过比较分析,确定16号矿柱为首采矿柱,采用中深孔、深孔联合爆破技术,一次回收16号矿柱及两侧顶柱,采用微差爆破技术,间柱利用两侧空区为自由面先起爆,顶柱利用下部空区为自由面后起爆,由于顶柱面积大,采用分区微差爆破技术,形成多临空面立体分区控制爆破技术,充分利用原有空区,形成多向组合、不同爆破孔径的微差爆破技术。对回收指标进行统计计算,贫化率和损失率均控制在30%以下,一次回收矿量87 509t。     

胶结充填采矿法充填作用机理与稳定性研究

结合金川二矿区的充填采矿工艺，采用现场观测方法及三维有限元分析方法研究了机械化下向分层水平进路胶结充填和无底柱大面积连续开采的充填机理和稳定性，研究表明充填体承受采场地压和变形，盘区间以不留矿柱为宜，推荐采用交错布置的回采与充填方式。     

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。     

厚煤层刀柱采空区集中应力影响范围理论判据研究

针对资源整合矿井厚煤层刀柱采空区煤岩应力集中问题,结合刀柱工作面开采方式和煤岩地质赋存条件,利用弹塑性力学半平面体理论和刀柱采空区煤岩受力特点,建立了刀柱工作面煤岩体力学模型,推导出刀柱采空区应力分布计算公式,并对单个和多个刀柱时应力分布规律、影响范围以及主要影响因素进行了对比研究,得出多个刀柱叠加作用下集中应力影响范围是单个刀柱影响范围的2.5~3.0倍,随刀柱数量的增加,竖直方向影响范围的增加速率逐渐减小,当刀柱数量达到20个时应力影响范围趋于稳定;水平方向影响范围受刀柱数量影响较小,确定了以竖直应力的影响范围作为判断刀柱影响范围的依据。结合杨涧煤矿刀柱工作面开采实际,计算得出刀柱采空区在竖直方向的影响范围为10.6 m,会对9号煤层复采工作面的回采造成影响,并提出了复采工作面合理设计原则和刀柱应力释放措施。