水平地应力对下向进路可动块体稳定性影响的分析

地应力对深部地下洞室围岩的稳定性有很大程度的影响,其中水平地应力分量起关键作用。针对下向进路侧帮可动块体的形成条件及受力状态,利用矢量分析及力学计算,提出了考虑水平地应力的可动块体稳定性系数的计算方法。在此基础上,分析了最大水平主应力方向与进路方向呈不同交角时,主应力对可动块体稳定性的影响。分析表明,在一定的块体形成条件下,水平主应力对可动块体稳定性的影响与水平主应力的作用方向密切相关。随着最大水平主应力方向与进路方向交角的增大,主应力对可动块体稳定性的影响程度逐渐减小,交角在0~30°之间变化时,块体稳定性系数减少较快,随交角的增大,块体稳定性系数变化趋于平缓。将本计算方法应用于工程实践中,取得了良好效果。     

块体理论在采场稳定性分析中的应用

根据块体理论，以矢量计算为基础，开发了结构面分析程序，分析了结构面对廉江银矿采场稳定性的影响，找出了廉江银矿上向进路胶结充填法采场各部位的可动块体，计算各可动块体在重力作用下所需的支护力，从而确定了采场各部位可能出现的关键块体。     

分层建造下向大六角形进路稳定性分析

为了提高采场生产能力,降低采矿成本,在现有下向六角形进路胶结充填采矿法基础上扩大了进路断面。通过回采进路受力分析和理论计算,对分层建造下向大六角形进路进行了稳定性分析,结果表明:大六角形进路能够承受上部载荷,不会发生充填体剪切垮落;充填体边帮安全系数为2.83,下部矿体边帮安全系数为4.26,表明推荐进路规格参数下充填体边帮和下部矿体边帮均可以保持稳定。现场工业试验表明,大断面六角形进路下部倒梯形在回采过程中两帮较平整,未出现较大的垮落,整体稳定性较好。     

某铜矿地下开采侧帮可动块体稳定性分析

采用理论的方法分析了江西某铜矿地下开采进路侧帮的稳定性。首先提出了考虑地应力作用的可动块体的稳定性分析模型,然后根据力的平衡原理,建立了主应力及岩体结构面倾向、倾角的关系公式,并得到了可动块体抗滑力表达式。在此基础上,建立了块体沿双面滑动时的稳定性系数的表达式,计算结果显示：块体的稳定性系数值随着最大水平应力方向与回采进路方向夹角的增大而逐步减小,当最大水平应力方向与进路方向相同时,则块体的稳定性系数值增大。最大水平应力对块体稳定性的影响,主要与其应力值的大小和块体结构面产状有关。     

深部矿体下向进路方向与回采顺序的优化设计

为了优化下向进路方向和回采顺序,在调查分析江西某铜矿开采盘区矿岩结构面的基础上,利用结构面网络模拟方法搜索了不同进路方向的关键块体数量和重量,并结合进路方向与层间破碎带走向及最大水平构造应力的关系,构建了下向进路稳定性的评价方法。在综合分析进路结构、侧帮充填体的充填间隔时间和侧帮关键块体等因素的基础上,提出了回采顺序的优化方法。优化设计结果表明,该盘区上下分层进路方向的最佳组合为20°和160°,回采顺序采用"隔一采一"的原则最为合理。与生产实践对比表明,评价方法简单易行,评价结果合理可靠。     

进路式开采充填后破坏特征的相似模拟试验

充填体顶板的稳定性及侧帮围岩的质量是决定下向分层胶结充填回采断面尺寸的主要因素。结合武山铜矿工程实际,利用相似模拟试验方法,研究了胶结充填后侧帮矿岩质量不同级别的进路式开采断面的破坏模式、变形特征。试验结果表明:充填体顶板与侧帮的交接处压应力比较集中,较易出现片帮现象。充填体水泥砂浆的配比不影响侧帮的变形规律,水泥砂浆配比高且较致密的侧帮稳定性较高。充填后采用5 m×4 m断面并在其中布置竖筋托盘的形式,适用于充填体顶板稳定侧帮矿岩体质量达到一定级别的进路式开采。     

破碎矿体下向进路胶结充填人工假顶强度需求研究

下向进路胶结充填采矿中进路顶板的稳定性主要取决于假顶层的强度。以三山岛金矿极破碎矿体为研究对象,根据下向进路人工假顶层充填体的受力特征,采用弹性力学-梁模型与弹性力学-薄板模型分别计算下向进路胶结充填假顶层强度需求。在考虑安全系数的基础上,结合经验图表法与典型矿山类比法,综合推荐下向进路假顶层胶结充填体强度,为矿山人工假顶设计提供借鉴和技术支撑。     

下向分层胶结充填开采中的协同性

胶结充填法已得到广泛应用，并在该领域诸多方面取得了理论和技术应用成果，这些研究成果主要是针对特定的研究对象，缺乏作为采矿方法整体性的论证和内在关系的研究，为此，基于“协同开采”理念，对下向分层胶结充填开采中的协同性进行了归纳分析。首先，分析了分层开采中的充填体顶板支护系统的协同性，论证了竖直钢筋、托盘、钢丝网及充填体之间作为顶板支护体系的协同性，重点阐述了作为顶板支撑作用的内在整体协同性，并介绍了该支护系统的工程应用效果。其次，将块体理论应用于进路侧帮稳定性分析，讨论了分层进路方向、分层进路回采顺序及上下分层回采进路之间的协同性，分析了和谐处理开采中不稳定性因素的过程及采矿要素间的协作性，进而论述了实际采矿工艺的良好协同性及整体效应。最后，针对矿体上盘围岩破碎不稳定的特定条件，提出了超前护帮充填方案，并通过数值模拟揭示了超前护帮充填提高采场顶板稳定性的机理；在此基础上进一步分析认为，超前护帮充填就是在本分层开采过程中，同时考虑了为下个分层的安全开采提高保障，其实质就是开采过程中避免后续灾害发生的一种“协同开采”理念。研究结果可为建立充填法开采的协同理论和技术体系提供一定的借鉴。     

金川二矿区围岩-充填体应力场的本构关系

本文结合金川二矿区充填机理研究工作的长期实践,应用粘弹塑性理论和增量计算方法,论述了围岩、矿体、充填体三者共同吻合变形作用的本构关系,较好地解决了金川二矿区一号矿体下向大面积胶结充填体和岩体共同作用时围岩的稳定性问题,计算结果与现场观测的围岩变形位移基本符合。为二矿区一号矿体采用大面积下向胶结充填、沿走向连续回采而不留间隔矿柱回采提供了理论依据。本项成果已在金川二矿区应用并取得了明显的效益。     

深部高应力碎胀岩体中分层道稳定性的数值模拟

根据深部岩体的变形特征，建立了弹塑性力学本构模型，采用有限单元法对进路顶板的稳定性进行了模拟计算，得出进路两帮为充填体时的顶板充填体垂直位移（挠度）要比两帮为矿体时要小，其稳定性也相对较好，结果较好地反映了进路顶板充填体的稳定性的实际情况，为设计和施工提供了一定的参考。     

充填体矿柱刚度对采动地压分布影响分析

为研究充填体变形特性对采动压力分布的影响规律,采用弹性地基梁理论和结构力学理论,构建了充填体矿柱采动地压分布力学模型,给出了充填体变形参数影响下的矿柱压力理论解析解,分析了不同刚度比对采动地压分布影响规律,并提出了基于充填体与围岩变形参数匹配的充填体力学设计方法。研究结果表明：充填体与围岩变形参数对充填采场采动压力分布影响显著;岩体与充填体弹模比小于1000时,围岩及充填体采动压力对弹模比的参数敏感度较高;在充填体参数设计时,应将岩体与充填体弹模比控制在1500以内,为类似充填开采矿山的充填体力学设计提供了有益参考。     

胶结充填体与围岩复合体的力学特性

为保证充填采场安全和矿石的连续高效开采,需要研究不同强度时期充填体与围岩相互作用规律及其对充填采场稳定性的影响。本文首先选用工业石蜡作为接触带材料模拟早期强度充填体,并考虑接触带区域应力环境的复杂性,模拟围岩与早强充填体接触区域的非均匀受力情况。为有效表征接触带区域破坏稳定情况,实现从定性分析到定量评价转变,在围岩和早强充填体的接触面放置PVC塑料薄片,结合显微成像、电镜扫描、声发射监测和应变值监测等手段,开展不同荷载作用下围岩与早强充填体相互作用室内试验研究,监测分析胶结充填体与围岩复合体的应变变化、裂纹扩展和变形演化及稳定破坏情况。试验结果表明：加载过程中,接触带区域的变形增长较快,应变值起伏变化较大,突变现象明显;加载之后,模拟接触带的石蜡存在三种不同情况的损伤特征,一是螺旋式损伤破坏,二是类平行式损伤破坏,三是交叉损伤破坏,而接触带附近的表壁监测点应变值呈现稳定递增趋势。研究结果揭示了充填体与围岩复合体在荷载作用下的力学特性,有利于指导早强充填体下采场的稳定性,也实现了表壁裂纹扩展和内部损伤破坏之间的同步表征。这为进一步研究充填体与围岩复合体在二维和三维荷载作用下的力学特性研究提供了研究思路。     

铀矿床“三下”开采模拟试验

本文主要介绍松软铀矿床综合体系“三下”开采的模拟试验,通过下向胶结充填采矿方法试验,并根据地压岩移、水文状况、地表及建筑物移动变形等的观测结果,论证模拟“三下”开采试验所采取的一些工艺技术措施能有效地保护地形地物,取得了良好的经济效益和社会效益。     

煎茶岭镍矿下向胶结充填采矿法应用研究

阐述了煎茶岭镍矿的开采技术条件、采矿方法选择、工程布置、回采工艺、充填工艺。生产实践证明,下向胶结充填采矿法在围岩极不稳固的条件下,具有充填体强度高、整体稳定性好、回采安全风险低、大幅度提高采矿回收率、降低贫化率等优点。     

破碎难采矿体的下向膏体充填法

伽师县铜辉矿业有限责任公司拜什塔木矿区1#矿体多年来采用无底柱连续开采分段崩落留矿采矿法进行回采,回采过程中存在地表陷落、钢拱架失稳、巷道垮冒、贫化率较大、作业环境不佳等问题。针对开采过程中存在的问题,通过方案优选和技术经济比较,选用下向进路膏体充填采矿法对1#矿体进行开采。下向进路膏体充填法很好地解决了围岩稳定性差,钢拱架失稳和巷道冒顶等问题。对采场结构参数和回采工艺进一步优化,采矿损失率从17%降低到4%~6%,贫化率从18%降低到5%~7%,尾砂利用率提高到90%~95%,增强了采矿作业的安全性,对同类矿山的生产具有一定的指导意义。     

不同灰砂比充填体侧限固结压缩试验研究

充填体在采场内由于被围岩包围,其力学性能与实验室单轴压缩条件下不同。为了研究采场充填体的力学性能及规律,提出了不同灰砂比充填体在侧限约束条件下的分级单轴压缩固结试验,分级压力为1kN(0.2 MPa)、2kN(0.4 MPa)、4kN(0.8 MPa)、8kN(1.6 MPa)、16kN(3.2 MPa)、32kN(6.4MPa)、64kN(12.8MPa)、128kN(25.6MPa)。试验结果表明:随着固结压力的增大,充填体压缩量呈线性增加,灰砂比对充填体压缩量影响不明显;固结应力与压缩率呈二次函数曲线关系;固结前后充填体的单轴抗压强度增加明显,28d龄期强度值增加幅度达24%以上。最后,采用SEM对充填体固结强化机理进行了分析。     

金属矿山充填体与围岩体相互作用研究综述

尾矿库失稳和采空区地表沉陷是采矿生产过程的主要伴生灾害,充填采矿法的运用可同时解决上述难题。充填体以自流、泵送或混合输送至地下采场可确保采场围岩体稳定性。其中,充填体如何与围岩体相互作用以维持围岩体的稳定性,是实现充填采矿安全开采的核心问题。从充填体充入采场后受采场条件的影响其自身发生的硬化机理和如何维持围岩稳定性两方面入手,重点论述了当前在充填体与围岩体相互作用关系方面国内外研究现状及其产生的机理,分析了充填体作为自立型人工矿柱、充填体与矿柱组合系统对围岩体的承载能力特性,并对未来重点研究方向进行了总结和展望。研究表明:研究充填体充入采场后与围岩体的相互作用过程,需充分理解充填体充入采场后所体现出的多场环境影响下的材料力学行为;分析充填体的稳定性及其功能,需要探究其力学性质的多元信息表征方法,这是实现对充填体失稳灾害可靠性预警的前提和基础;充填体充入采场后可对围岩体产生局部和区域支护作用,充填体与围岩体的相互作用关系可间接通过充填体的应力分布特征、变形特征反演围岩体的活动信息,充填体可有效控制围岩体的冒顶片帮及其岩爆灾害;通过监测充填体内部应力等信息,实现对岩体活动信息的反演和预测是未来需要研究的重点,地下采场动力扰动特性对充填体内部应力演化的影响、充填体与矿柱组合系统的稳定性和承载特性需要进一步研究,最终实现对深地充填开采方案的改进和优化,为深地矿产资源安全高效开采保驾护航。     

基于充填体稳定性判定的等灰砂比充填可行性研究

将压力拱理论与简支梁理论相结合分析了下向进路胶结充填体的稳定性,给出了充填体稳定性的简易判定公式;首次提出了等灰砂比充填的充填方案,并结合金川二矿区工程实例,对新方案的可行性进行了论证,使用的高浓度料浆胶结充填法若采用等灰砂比充填,灰砂比设为1∶6能满足强度要求,且每年能节约成本约140万元。     

下向进路充填采矿法人工假顶强度及配筋参数研究

构筑人工假顶是下向进路充填安全高效采矿的关键和前提,人工假顶充填体强度与配筋参数相互关联,直接决定着回采作业的安全性与经济性。通过建立顶板多层充填体普氏平衡拱模型,优化下向进路充填假顶所受荷载的计算方法;应用薄板理论及弹性力学理论并结合下向进路充填采矿工艺,解析充填体假顶强度要求;将钢筋混凝土结构设计方法应用于下向进路充填假顶配筋率计算,形成下向充填采矿人工假顶强度及配筋率的整体方案。以某金银矿山大结构参数（5 m×5 m）回采进路为例,提出假顶厚2 m,充填体强度不小于5 MPa,Φ12 mm钢筋（HRB335）网度300 mm×300 mm,配筋率0.106%的技术要求,对合理构筑人工假顶和安全高效应用下向进路充填采矿法具有指导意义。