基于FLAC~(3D)的充填采场结构参数优化研究

以新城金矿V~#矿体-580中段采场为研究对象,利用FLAC~(3D)软件进行采场稳定性模拟研究,计算分析6种不同采场结构参数引起的采场顶板应力、位移变化特征,得出最佳采场结构参数。结果表明:在二步矿柱开挖过程中,二步矿柱周围的介质向空区位移变形,采空区中间产生较大变形,顶板垂直位移随着二步矿柱的开采逐渐增大,但最终趋于稳定。在6种方案回采过程中,方案2和方案5与其他方案相比,顶板位移、应力相对较小。基于矿山高效回采及成本考虑,建议采用分层高度5m,采场宽度8m,矿房超前一步矿柱6分层的采场方案。     

大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究

针对某金属矿长期处于大规模充填体下开采的现状,对-300 m各盘区回采期间的稳定性进行了数值模拟,分析不同方案的采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律,并综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益。分析结果表明:将E101采场作为永久性连续盘区时,回采至中期采场顶板处产生1.14 MPa的最大拉应力和75 mm的最大位移;开采后期采场顶板处产生2.30 MPa的最大拉应力和92 mm的最大位移;开采后期采场顶板的抗拉安全系数为1.53;整个顶板岩体稳定性较好,确定将E101作为盘区永久矿柱。根据盘区永久矿柱的位置,提出了4种盘区回采顺序,分析比较不同开采方案的顶板、直接顶板、矿壁及充填体稳定性,确定了从矿体中央连续永久盘区矿柱E101采场向两侧分盘区开采的回采顺序。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,空区失稳坍塌问题凸显,加强采空区管理,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文采用目前先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助建立了某矿山生产中段采空区数值计算模型,结合应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采场空区稳定性的影响大小,结果表明,二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大并与一步采空区形成了应力叠加,在矿柱位置出现了应力集中,最大集中应力约为26 MPa,且垂直方向上的位移增加,最大位移量接近5 mm,存在顶板垮塌风险。     

大冶铁矿嗣后充填采场围岩变形机理研究

以相似材料模拟实验技术为主要研究手段，借助全站仪、应变计和数码相机等仪器监测了模型围岩的变形、应力以及破坏情况，研究了不同结构参数条件下分段空场嗣后充填采场的围岩变形与应力变化特征，以及发生破坏时的规律与特征。主要研究结果为：揭示了大冶铁矿合理的采场结构参数；采场顶板与矿柱所受应力分布为拉剪应力和压应力；顶板是采场稳定的关键因素，应保证充填体与顶板良好的接触关系，提高接顶率；采场内应力分布规律与回采方向相反，偏向于首采矿块。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性数值模拟分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,采空区顶板暴露面积进一步扩大,空区失稳坍塌问题凸显,为了能够及时掌握采空区稳定状态,加强采空区管理,避免采空区坍塌引发矿山重大安全事故,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文在总结目前国内外常用的采空区稳定性分析方法的基础上,采用目前较为先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助开展采空区探测,建立了某矿山主生产中段的采空区数值计算模型,通过模拟采场回采过程,分析不同回采阶段的应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采空区稳定状态的影响大小。结果表明,该矿山二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大,并与一步采空区形成了应力叠加,特别是在矿柱位置出现了应力集中,其最大集中应力约为26MPa,且垂直方向上的位移量增加,最大位移量接近5mm,存在顶板垮塌风险。     

残采间柱条件下空区群顶板失稳的QR法分析

提出基于类框架结构模型QR法的残采间柱条件下空区群顶板失稳分析方法,通过构建采空区群类框架结构受力分析模型,建立采空区群内节点位移函数表达式,采用改进后的QR法计算单元空区关键部位的应力和位移幅值,结合应力和位移失稳判据,研究残采间柱条件下采空区群顶板的稳定性。某金矿1570m中段间柱采动前后采空区群顶板对比计算表明,间柱回采前,各顶板均处于稳定状态;间柱回采后,仅回采中段顶板最大竖向位移与最大拉应力均大于允许阀值,该顶板处于不稳定状态,有失稳风险。现场回采工程结束后,1570 m中段顶板严重失稳,上部覆岩汇入,空区与地表贯通,验证了该方法的可靠性。     

复杂空区群下倾斜中厚难采矿体的开采及空区处理技术研究

某矿建矿有20多年的历史,矿山开采过程中未对空区进行处理,矿体回采后留下了大量的采空区,给井下安全生产造成极大威胁。对该矿1304中段以下的大部分空区进行了实地测量。结合该矿70号脉的地质条件、开采现状及空区现状与稳定性等实际情况,对矿柱回采及空区处理过程中采空区周围岩体的应力分布规律进行数值模拟分析,论证隔一采一矿柱空场回采嗣后放顶处理空区方案的可靠性,为以后的空区处理和今后的安全生产提供可靠的依据。     

深井回采过程矿柱与围岩破坏预测及可视化验证

针对某地下金属矿山深井"隔一采一"方式回采过程形成的单面临空矿柱,运用Midas/GTS软件建立数值模拟模型,通过数值模拟,揭示矿柱及围岩的应力、位移、塑性区的变化情况,对回采过程中矿柱及围岩可能出现的破坏区域进行分析和预测;采用空区三维激光探测技术和空区三维建模技术,快速而准确的获得采空区和矿柱三维形态,实现了对"隔一采一"方式回采过程单面临空矿柱及围岩破坏数值模拟结果的可视化验证.实践证明,上述方法为分析和预测类似深井矿山回采过程矿柱及围岩破坏位置预测开辟了新的途径,对指导矿山下一步爆破设计和安全高效开采具有重要的现实意义.     

房柱法开采大面积采空区群的稳定性分析

为了得到房柱法开采大面积采空区群的稳定性变化规律,利用空区激光探测系统(CMS)对采空区进行精密探测,运用3Dmine与FLAC~(3D)耦合建立数值计算模型,分析了采空区围岩应力、位移、塑性区大小及分布状况。研究结果表明,采场中部部分矿柱中垂直应力最大为106 MPa,明显高于边界矿柱;采场周围矿柱中垂直应力相对较小,顶板跨度越大,下沉量越大,表明大部分矿柱仍具有一定的支撑能力;位于空区群边界的试验采场内矿柱中部垂直应力最大为46MPa,顶底部垂直应力相对较小;采场顶板存在微量下沉,最大下沉量为14.23mm,底板略微鼓起,最大鼓起量为6.5mm,表明顶底板均较为安全。     

残留矿柱回采及监测点布置的研究*

采用有限差程序FLAC^3D对天马山黄金矿残留矿柱进行回采模拟，对矿柱进行不断的模拟开挖，直至顶板岩层发生破坏。当顶板发生破坏时，其位移发生突变，计算不收敛。因此，将监测点位移是否突变、计算是否收敛作为顶板破坏的判据。依据回采过程中围岩应力和位移的变化规律，将布设现场监测器与数值模拟的结果相结合，能够对监测点的布置进行有效优化和为预报采空区突然塌陷提供理论判据，从而提高现场监测的针对性和准确性。得出结论：①破坏首先从采空区顶板开始，该区域是围岩位移最敏感处，可作为位移突变判据的监测点，是多点位移计布置的优选位置。②矿柱回采结束后，位于采动影响范围顶部的岩层引导着应力向采空区端部区域转移，随着采空区暴露面积的增加，其端部的支承应力随之增大，但当采空区顶板岩层发生破坏时，空区顶板应力向支承压力区转移的路径发生阻断，破坏后的采空区顶部岩体重力不再向其端部传递，支承压力区的压力出现下降的趋势，表现为应力反弹现象，这种现象为现场应力监测进行采空区突然塌陷预报时提供了理论判据，因此，在采空区端部区域布置应力传感器优于其它位置。     

矿柱及围岩对采空区破坏影响的数值模拟研究

顶板冒落、巷道底鼓和矿柱破坏是采矿过程中的重要岩石力学问题．开展采空区稳定性方面的研究，对保证矿山持续发展和人民生命财产安全有非常重要的意义．运用岩石破裂过程分析软件RFPA^ZD，采用不同的顶板、底板和矿柱岩性对采空区的破坏过程进行了数值模拟研究．模拟结果再现了采空区从变形到破坏的全过程．结果表明，不同的顶板、底板和矿柱岩性对采空区的破坏过程影响很大．从整个采空区的破坏过程来看，依不同的岩性对比，采空区有不同的破坏特点，微破裂均首先在软弱处产生，并由此扩展以至顶底板和矿柱破坏．     

三鑫金铜矿复杂充填体下间柱回采稳定性研究

针对复杂充填体下间柱回采的稳定性问题，以湖北三鑫金铜矿-370 m中段开采为依托，提出了优化方案：间柱矿房分3层从下往上回采，每层矿房尺寸为12 m×10 m，留设厚度为1 m的护壁矿体。利用相似模拟试验手段对该方案的间柱回采过程的稳定性进行研究，揭示回采矿房两侧及顶板的位移和应力变化规律。并借助有限差分软件FLAC3D对相似模拟试验结果进行了对比分析。结果表明：相似模拟试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。在间柱回采过程中，矿房两侧及顶板位移量均较小，应变值趋于稳定，表明基于该方案的回采过程稳定性良好，可实现间柱的安全高效回采。     

大型叠层分布采空区爆破处理技术

为应对复杂采空区环境下的露天采矿,通过钻孔、激光扫描获取采空区三维形态,结合袁家村铁矿采空区安全顶板厚度研究成果,确定最佳处理时机,在整体推进中兼顾采空区自由面的开辟。以该矿大型、复杂、叠层分布的空25群为对象,采取全高度一次成孔、分区、分层爆破,上下爆破层互为因子,下爆层空25-2矿柱首先起爆,可增加下层空区暴露面积,诱导空区失稳,下爆层呈爆破漏斗向空区内崩落充填,起爆孔中心掏槽作用可创造侧向自由面,能提高能量利用率、改善爆破效果,上爆层近空区顶板几何中心作起爆点,上爆层径向挤压爆破与爆破漏斗复合作用,对下爆层施加二次冲击,促进空区崩落充填,取得了预期的效果。     

采空区隐患影响下的残矿协同开采技术研究

采空区时空分布复杂、地压显现严重是制约赣南钨矿残矿资源回收的关键性技术难题。为解决赣南地区钨矿残矿资源回收的难题，基于“协同开采”理念，兼顾资源开采与隐患处理，提出了针对赣南地区 钨矿的采空区探测-微震实时监测-残矿协同回采(探-监-采)的协同开采关键技术方案，并结合赣南某典型钨矿开展了工程案例分析。研究表明：针对31132矿块空区复杂的时空分布特征，以三维精细探测技术为基 础精细化构建了整体地质模型和采空区模型，精确得到残矿形态与残矿量，矿量估算误差小于10%，并以此为基础分别对顶柱、底柱和间柱因地制宜制定了回采方案；残矿回采过程中建立了IMS微震监测系统，对31132 矿块采场的采空区稳定性进行了实时监测和预警，并协同应用空区封闭、胶结充填等方法处理空区，实现了空区隐患处理与残矿资源回收的有机统一，完成了31132采场顶柱残矿全部回收，并为间柱回采创造了条件。 研究结果可为赣南地区钨矿残矿资源安全、高效、协同开采提供技术参考。     

灰岩顶板巷道小煤柱尺寸确定及支护技术研究

辛置煤矿东四左翼采区开采10号煤层,基本顶为K2灰岩,为提高资源回收率,工作面间留设小煤柱。在地质力学参数测试和分析的基础上,理论分析和数值模拟确定了工作面合理小煤柱尺寸,设计了高预紧力锚杆锚索巷道支护方案,进行了现场试验。试验结果表明,6 m小煤柱设计宽度合理,巷道围岩应力较低;掘进期间锚杆锚索预紧力高主动支护效果好,锚杆锚索受力稳定,回采期间巷道两帮变形量可控,能满足工作面安全、高效开采的需求。     

膏体置换煤柱充填体承载特性及工作面支护强度研究

以山东能源集团岱庄煤矿2351膏体充填置换条带煤柱工作面为例,对井下充填体承载特性及工作面支护强度进行了研究。在分析膏体充填开采顶板运动特征的基础上,建立了膏体充填开采顶板稳定性力学模型,推导出了膏体充填开采工作面支护强度力学关系式。结果表明:膏体的力学性质离散性较大,强度较高,弹性模量和泊松比偏低,在低围压下膏体即表现出典型的塑性强化特性。充填采场上覆岩层主要存在裂缝、离层和弯曲下沉,不存在垮落带。充填体上分布的垂直应力既不是大小相同的水平线,也不是类似于条带煤柱上的马鞍形分布,而呈现出波浪形分布,自充填完成至覆岩运动稳定,充填体受力未出现突变现象,是一个逐步增大并趋于稳定的过程。2351膏体充填工作面现选用的充填式液压支架虽可有效地控制顶板下沉,但未能发挥所选支架的效能,还可进行适当优化。     

浅埋大采空区残矿回采上覆岩层及井筒稳定性研究

为了保证浅埋大采空区残矿回采上覆岩层、井筒的稳定性以及矿区上方宿舍、设备和人员的安全,以朝不楞矿区为工程背景,在前期勘探取样、现场测试和室内力学实验的基础上,分析了矿体采空区顶板和井筒的破坏机理,基于H-K体建立了矿体采空区顶板流变力学模型,为残矿回采提供了理论依据;并且采用FLAC3D数值模拟软件,分析残矿回采上覆岩层和井筒的应力、位移变化规律。研究表明:Ⅲ区回采后,上覆岩层最大拉应力为0.13 MPa,最大位移为1.6 mm,井筒最大拉应力为5.9 MPa,最大位移为0.2 mm,均满足限定标准。该研究成果可为浅埋大采空区残矿回采提供参考。     

大冶铁矿充填法采场结构参数校核与建议

结合大冶铁矿矿床开采技术条件,对东采-180m水平空场嗣后胶结充填采矿法的采场结构参数进行了校核计算和模拟分析。首先采用力学模型法,将采场顶板简化为简支梁,计算顶板的最大跨度以确定采场结构参数范围,并对矿柱的强度进行计算。其次采用FLAC软件进行数值模拟分析,采用"隔一采一"的开采顺序对矿房和矿柱进行分步开挖,通过对应力分布规律、塑性区和位移变化规律的分析,求解安全系数,并综合开采效率和安全系数等因素,提出了大冶铁矿充填法采场结构参数范围建议。     

光应力计监测采空区稳定性在遂昌金矿的应用

采用光应力计监测遂昌金矿 42 0及以上中段矿柱与围岩的二次应力变化 ,建立采空区稳定性长期观测网点 ,以指导矿柱的回收及空区处理。根据监测结果 ,将采空区稳定性划分为 3个等级 ,目前已安全回收矿柱近 5万t,延长了矿山服务年限 ,取得了良好的经济和社会效益。