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。     

根据观察矿柱的破坏程度确定矿柱的强度

房柱法矿柱的主要功用是维持覆盖岩层的稳定性。在许多场合下保留矿柱作为永久支护,并且在整个矿山服务期内必须起到矿柱的功用。当上盘、矿柱和下盘支撑体系过度受载时会导致破坏。如果矿柱的承载能力大,破坏将发生在上盘或下盘,即矿柱压入上盘和(或)下盘。如果矿柱的承载能力小于两盘的,则矿柱将发生破坏。下面仅讨论矿柱的     

碎柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ＾２Ｄ系统,对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究,矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料。模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律。结果表明,劈裂是矿柱破坏的主要形式,并首先在矿柱表面出现,然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏。     

矿柱破坏过程及其声发射规律的数值模拟

运用一个岩石破裂过程分析ＲＦＰＡ２Ｄ系统,对矿柱的破坏过程进行了数值模拟研究．矿柱被看成是非均匀脆性岩石材料．模拟结果再现了矿柱从变形到破坏的全过程及其声发射规律．结果表明,劈裂是矿柱破坏的主要形式,并首先在矿柱表面出现,然后再形成由表及里的破裂扩展直至矿柱最后产生剪切破坏．     

基于尖点突变理论的水平矿柱稳定性研究

龙首矿岩体复杂破碎,为研究其贫矿体大面积开采过程中预留的30m厚水平矿柱能否保证地表及井下采场结构的稳定,基于尖点突变理论对水平矿柱稳定性进行了分析,并利用SURPAC、ANSYS以及FLAC3D等三维数值模拟软件对矿柱稳定性进行了研究。通过GPS地表监测,验证了理论计算与数值模拟结果的可靠度。结果表明:矿柱失稳与否,与岩体强度无关,其中水平应力和矿柱长度越大,越不利于矿柱的稳定,贫矿开采过程中只要做到及时充填采空区,提高充填接顶率,预留30m厚的水平保安矿柱不会发生突变失稳破坏;水平保安矿柱的塑性区分布及其最大主应力变化都在可控的范围内,其中矿柱最大主应力变化较小,由贫矿开采前的24.56MPa增大至27.25MPa,说明贫矿开采并没有对保安矿柱产生过大的应力集中,在预留厚度为30m的情况下,保安矿柱能够保证稳定;采空区充填后,由于充填体的支撑作用,水平保安矿柱能够充分发挥其承载能力,保持地表及井下岩体的稳定,可以保证矿山安全生产。     

金川二矿区上盘巷道变形破坏与水平矿柱的关系

金川二矿区采用大面积不留矿柱充填采矿法,开辟了不同标高的两个采矿平面,其间出现了横亘于上下盘之间的水平矿柱。在上盘围岩中,近年来尤以1178标高巷道破坏最严重,更浅处与更深处的巷道破坏较轻。在考虑构造应力场和采矿扰动的基础上,建立了分析各标高沿脉巷道与水平矿柱之间耦合影响的二维有限元模型。模拟发现,穿脉向应力集中程度越来越高的水平矿柱对上盘围岩中巷道有"抵顶作用",是造成1178巷道严重破坏的关键因素;从2005年开始,随着水平矿柱各盘区屈服破坏状态的来临,"抵顶作用"将迅速衰减,所以2006年准备建设的1158巷道的变形破坏程度会较轻,这一预言已得到现场观测的初步证实。     

湘西金矿炼厂保安矿柱开采的岩石力学研究

本文简要介绍了湘西金矿炼厂保安矿柱开采的岩石力学研究结果,其中对开发出的一种预计倾斜矿体三维地表移动的计算机辅助设计方法,应用微机三维有限元分析矿柱应力以及基于岩石节理刚度、节理几何等预计岩体变形性质的结果进行了比较详细的阐述。保安矿柱试采及地表移动观测表明,矿柱回采率可达80%,地表变形轻微,与预计结果比较接近。     

控制爆破堆坝回收矿柱研究及实践

根据矿山采空区矿柱的分布特征,在保证矿柱回采安全和尽量提高矿柱回采率的前提下,提出了控制爆破堆坝回收矿柱的方法,该方法通过在下盘和上盘同时立即实施深孔控制爆破堆筑松石坝支撑上盘,从而限制上盘向采空区的岩移,数值模拟分析结果表明,该方法可有效控制上盘岩石的应力和位移,其爆破堆坝可有效防止围岩冒落产生的冲击波,矿山实践共安全回收矿柱84.7万t,既回收了矿柱,又处理了空区隐患。     

围压卸荷对矿柱破坏模式影响分析

利用东北大学岩石破裂过程分析系统(RFPA2D),研究了围压卸荷对矿柱破坏模式的影响。通过对不同围压卸荷方式中岩石试件的应力积累、裂隙扩展及整个破坏过程进行分析,得出了围压卸荷条件下矿柱的破坏规律。数值计算结果表明,当轴向载荷超过岩石试样的单轴抗压强度时,对试件围压实施一次卸荷容易引起岩石剧烈的脆性破坏,而对试件实施围压逐步卸荷,岩石试件则呈现出较明显的延性特征,其内部积累的能量随着卸荷步骤逐渐释放出来,能避免岩石发生剧烈脆性破坏。这一结果对指导采场开挖过程中,保护采场以及矿柱的稳定具有重要的理论意义。     

谦比希铜矿主矿体深部保安矿柱稳定性分析

谦比希铜矿深部矿体采用大直径深孔分段空场嗣后废石充填法开采,存在凿岩巷道稳定性差、上盘垮冒严重等问题,导致采场回采效率低、安全性差,制约矿山生产能力,同时上部采用嗣后分级尾砂充填,隔离保安矿柱仅厚21 m。为保证深部嗣后采场的安全回采,选用FLAC3D对保安矿柱的稳定性进行分析研究。结果表明,在当前条件下,21 m保安矿柱能有效隔离上下采区,防止上部充填尾砂涌入下部采场,保证采场作业安全。     

基于层间摩擦滑动的煤柱冲击地压实验研究

冲击地压是矿山动力灾害之一,随着煤矿开采深度的增加,导致冲击地压事故频发,造成大量人员和财产损失.为了防治煤矿冲击地压事故的发生,本文基于岩层之间的摩擦滑动过程,开展煤柱冲击地压实验,探究冲击地压发生机理.通过设计弱夹层组合体煤柱模型,利用数字散斑的相关方法对组合煤柱体单轴压缩过程进行观测分析,研究轴向荷载下组合体煤柱...     

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。     

刘河煤矿采动影响下覆岩破坏高度的相似模拟

为了确定刘河煤矿13021工作面开采对覆岩破坏高度的影响和防砂煤柱的留设,采用实验室相似材料模拟试验,分析了13021工作面推进过程中,其上覆岩层的破坏高度的动态演化过程。通过对不同剖面的相似模拟发现,在13021工作面一次采全高平均采厚2.7 m,上覆岩层垮落带最大高度为16.1 m,模拟结果对于防砂煤柱的留设具有一定的参考价值。     

深部开采临近断层应力场演化规律研究

针对耿村煤矿东部区段深部开采临近F16逆冲断层容易造成冲击地压问题,采用数值计算与相似材料实验相结合的研究方法,研究了随开采深度增加及临近F16断层过程中围岩应力场演化规律。研究结果表明,随着开采深度的增加及临近F16断层,增大了围岩应力集中程度,在断层上盘岩体水平推力、覆岩重力以及采空区岩层下滑力叠加作用下容易使得断层下盘岩体以某一轴线发生扭转,增大了冲击危险性。综合判断其冲击地压失稳模式为F16逆冲断层、井田境界煤柱影响下的高应力、大范围、区域性失稳。     

花草滩煤矿轨道暗斜井变形破坏机理研究

随着煤矿开采深度的增加，U型钢被动支护难以缓解轨道暗斜井的变形。为解决轨道暗斜井巷帮移进和底鼓问题，采用数值模拟方法，分析了不同终采线位置时巷道的变形破坏规律，对煤柱宽度影响暗斜井围岩变形现象进行研究，总结出其内部应力分布规律。基于巷道塑性区演化规律，分析了暗斜井巷围岩的应力分布状态，发现巷道呈非对称性变形；此外，研究了相同应力分布特征、不同终采线时巷道变形的变化规律。研究结果表明，随着终采线距离增加，围岩最大变形量减小。     

红透山铜矿采场矿柱破裂过程的数值模拟

基于对红透山铜矿采场矿柱破坏形式的现场调研,发现高应力下矿柱破坏形式主要为剥落、劈裂破坏、剪切破坏3种形式。为研究其采场矿柱破坏的力学机制,依据红透山矿采场的实际情况及矿岩分布模式,将红透山矿矿柱分为3种矿岩组合模型。以此为基础,应用基于有限元的数值分析方法,对3种矿岩组合矿柱模型的破裂模式进行了模拟分析。数值计算结果表明：I型矿柱均为矿石,其破坏形式为X型剪切破坏;II型矿柱为矿岩组合,其破坏形式主要为矿柱上部围岩发生破坏,而在矿柱下部矿体仅仅产生一些裂纹;Ⅲ型矿柱为上下围岩中间夹矿,裂纹先在上下2层围岩中产生,继而向中间矿石扩展,直至最后裂纹贯通,矿柱失稳。该数值分析结果可为类似矿山矿柱的设计提供一定的参考依据。     

近距离残留煤柱下破碎围岩巷道修复技术

针对近距离煤层开采过程中,残留煤柱下部巷道在煤柱集中应力作用下围岩破碎程度高、修复难度大的问题,以山西某矿为工程背景,采用数值模拟的方法分析煤柱底板应力分布规律,结合巷道实际变形特征总结了下位巷道围岩变形破坏原因。认为:残留煤柱底板集中载荷的非均匀性分布,及其引起的支护体承载结构破坏是近距离煤柱底板巷道围岩发生大变形的本质。由此,提出了基于破碎围岩注浆和高强度锚杆支护的巷道修复技术,工程实践表明该技术在有效提高围岩整体性和可锚性的同时,使浅部锚固区与深部围岩相连形成整体承载结构,有效地控制了巷道围岩变形,保障了矿井安全生产。     

大冶铁矿同阶段崩落法转充填法开采隔离间柱合理宽度确定

为保障同阶段崩落法转充填法开采顺利过渡，过渡段处须设置竖向隔离间柱。以大冶铁矿龙洞采区-170 m同阶段崩落法转充填法梯形隔离间柱为研究对象，将其简化为变惯性矩固支梁，并以间柱的水平应 变量允许值为判据，初步确定梯形隔离间柱上端的初始宽度。以梯形隔离间柱上端的初始宽度为基础，采用数值模拟方法，计算了不同梯形隔离间柱上端宽度与不同充填体灰砂比协同作用下的充填采场顶板围岩沉降 量，并对不同灰砂比下梯形隔离间柱上端宽度与顶板围岩最大沉降量进行了数据拟合，由顶板围岩允许沉降值得到与不同充填体灰砂比协同匹配下的梯形隔离间柱上端的合理宽度。数值计算结果表明：与充填体灰砂 比分别为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12协同匹配的梯形隔离间柱上端合理宽度分别为16、19、21、25、29 m。研究成果可为合理确定矿山同阶段崩落法转充填法开采过渡段隔离间柱宽度提供参考。     

金属矿山阶段嗣后充填采场空区破坏机理

依据和睦山铁矿现场实测资料,证明金属矿山阶段嗣后采场围岩破坏具有明显的间歇性和突发性;对其破坏机理进行了数值模拟分析。结果表明：采场顶部围岩产生卸压圈,受拉伸作用,卸压圈内岩体自重应力通过应力拱传递到矿柱上,导致矿柱应力集中出现剪切滑移破坏;其变形破坏程度受顶板、矿柱围岩稳定性以及二次开采扰动的影响。基于普氏拱理论,以矿柱为研究对象,建立了阶段嗣后采场失稳演化模型,得到了矿柱破坏方式和采场失稳演化过程：矿柱稳定阶段、矿柱大形变阶段、部分矿柱失效以及矿柱整体失效。     

基于双屈服模型的采空区下特厚煤层破坏特性北大核心

为了研究上煤层采空区对其下伏近距离特厚煤层的影响,确定下煤层巷道布置内错距离;以国投塔山煤矿为背景,基于有限差分数值方法,运用双屈服本构模型实时修正手段,模拟了上煤层采空区垮落带岩体压实特性,阐明了采空区下伏煤岩层内应力场传递规律及塑性破坏发育范围;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,验证了数值结果的可靠性,确定了下煤层回采巷道布置内错距离。结果表明:上煤层采空区内遗留区段煤柱下方应力场在下煤层中形成近似"正梯形"影响范围,上下影响宽度分别为32、56 m;遗留区段煤柱下方塑性区在下煤层中呈"倒梯形"分布,上下塑性区宽度分别为81.36、61.47 m;结合理论分析及现场钻孔窥视结果,最终确定下煤层回采巷道内错距离应为13.5 m。