下向进路充填采矿法人工假顶优化研究与应用

下向进路回采过程中，人工假顶的稳固性是保证下向进路采场安全的重要因素。通过对三山岛金矿下向进路采场人工假顶受力情况进行分析，结合薄板理论，计算出人工假顶厚度与抗压强度函数曲线并得出人工假顶合适的厚度与强度，即人工假顶厚度为0.8 m,强度不小于1.5 MPa,并结合现场实际应用并利用FLAC3D数值模拟软件对下向进路采场回采前后人工假顶应力场、位移场及塑性区分布规律进行分析。结果表明，0.8 m厚的人工假顶在下向进路采场回采过程中能保持稳固性，保证下部采场的安全性，研究结果可为矿山下向进路人工假顶设计和施工提供理论依据。     

单一巷道进路式回采上覆充填体力学行为及稳定性研究

在分析下向进路分层无分段充填法的基础上,对某矿采用单一巷道进路式回采建立了上覆充填体力学模型,为避免人工假顶出现“悬臂梁”状态,最终确定“嵌固梁”模型作为该充填采矿法上覆充填体力学模型。依据弹塑性力学知识计算出充填体承载层厚度为0.92 m,得到了充填体最大挠度值为23.4 cm。结合工程实际,采用FLAC3D数值模拟软件研究了不同采深下采场围岩与充填体塑性区及应力分布规律,研究结果表明：除首采层以外,其余分层上覆承载层均没有发生塑性破坏,且各分层充填体所受最大主应力均没有达到其抗压强度,所选承载层厚度及充填料浆配比所得参数能够保证充填体稳定性。研究成果可为破碎围岩薄矿体实现安全高效开采提供理论依据。     

下向分层进路充填采矿法中预留阶段顶柱力学行为分析

基于下向分层进路充填采矿法,针对下分层开采或回采过程中遇到开挖进路帮部一侧为胶结充填体、另一侧为矿体的情况,将胶结充填体假设为弹簧支撑件,把采场预留顶柱简化为平面问题的“固定端超静定悬臂梁”力学模型,并将半逆解法引入预留顶柱力学分析中,推导出均布荷载下“固定端超静定悬臂梁”应力分量,揭示了顶柱稳定性的主要影响应力为水平拉应力σ_x和剪应力τ_xy。理论分析表明:影响σ_x和τ_xy分布变化的主要因素,既包括采场结构参数顶柱厚度和跨度,也包括了充填参数充填体弹性模量。以某铁矿为例,采用控制变量法研究了顶柱在不同采场结构参数和充填参数条件下σ_x和τ_xy的变化规律,结果表明,当顶柱厚度不小于5 m、跨度选取5~7 m、胶结充填体强度1~3 MPa时可有效减小顶柱上部的水平拉应力和剪应力,避免了顶柱处于悬臂梁状态和顶柱下部出现较大拉应力。     

人工假顶充填体稳定性数值分析

焦家金矿北部矿山矿岩破碎、充填体稳定性不理想,本研究对该矿不同进路的采场结构和人工假顶承载层厚度条件下承载层及相邻充填体的应力、应变、塑性变形等情况进行了数值模拟、非线性分析。根据分析结果,12种模型的承载层压应力过大,极有可能发生破坏;相邻充填体几乎均发生压坏现象,进路回采安全性差。故建议优化人工假顶构筑工艺,增加承载层强度,提高进路回采安全性。     

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。     

张家洼铁矿崩落转充填采矿工艺及结构参数研究

随着绿色矿山理念的发展,崩落法矿山逐渐向充填法转型,隔离矿柱厚度和矿房参数对崩落转充填 后采场整体稳定性具有重要影响。针对张家洼铁矿无底柱分段崩落法转充填法问题,通过理论计算对隔离矿柱位 移进行求解获得保证下部充填采场稳定的隔离矿柱安全厚度。同时,利用 FLAC3D软件对不同矿房跨度和充填工 艺回采过程中的采场稳定性进行分析评价,确定最优采矿工艺和结构参数。研究表明：①12.5 m 厚隔离矿柱能够 满足过渡阶段采场稳定性;②15 m 矿房跨度顶板拉应力集中较大,且顶板位移显著增大,为了确保回采安全,优先 采用 10 m 矿房跨度,在顶板条件好的区域可以考虑采用 12 m 跨度;③采用 3 MPa、4 MPa 和 5 MPa 强度的人工假顶 均可保证下中段开采过程中采场稳定,因此可将 3 MPa 作为人工假顶的充填体强度标准;④阶段矿房内人工假顶 上部采用 1 MPa 充填体整体充填满足二步采充填体单侧揭露稳定要求,可降低原设计多次不同强度分层充填带来 的施工组织难度。     

极破碎中厚矿体开采方法及稳定性分析

根据极破碎中厚矿体开采中下向进路承载层受力特点, 将其简化为受均布载荷及自重应力的简支“梁”模型, 求出承载层最大拉应力σ_tmax的表达式, 并以最大拉应力强度理论作为承载层的破坏判据, 由此得出下向进路不同承载层厚度与安全系数的关系曲线。当进度高度为3.4 m, 进路宽度为3.0 m时, 安全系数法分析表明人工假顶厚度1.4 m为最优。利用二维有限元分析矿山原有的1.0 m厚人工假顶与安全系数法得出的1.4 m厚人工假顶进路的稳定性, 结果表明下向进路回采时, 影响进路稳定性的主要因素是充填体的力学特性, 顶板沉降位移统计表明, 采用1.4 m厚人工假顶的进路顶板稳定, 与安全系数法分析结果一致。     

上向水平分层进路充填采矿法在杜达铅锌矿的应用

杜达铅锌矿100 m中段矿体构造发育,厚度较大。为确保矿山安全高效回采作业,同时降低采矿贫化率和损失率,提高资源回收率,提出了上向水平分层进路充填采矿法。沿矿体走向划分盘区,盘区内自矿体下盘向上盘每隔4～6 m划分一个采场,采用间隔式进路回采结束后进行接顶充填,充填体养护后进行下一循环的回采工作。上向水平分层进路充填采矿法在杜达铅锌矿100 m中段成功应用,以进路为回采单元,缩小了采场暴露面积,控制了顶板,保证了作业人员和设备的安全,并且提高了采场生产能力,将损失率与贫化率降低到10%以内,提高了资源回收率,矿山经济效益显著提高。实践表明,上向水平分层进路充填采矿法是开采倾斜中厚破碎矿体的一种有效方法。     

大体积充填体下胶结充填法回采进路参数优化研究

为了提高金川二矿区深部下向进路式胶结充填法开采效率,针对大体积充填体下大断面进路生产的安全可行性问题,通过弹塑性理论和三角塌落拱理论计算充填体人工假顶均布荷载,并依据简支梁理论和薄板理论对深部850 m水平中段回采进路宽度进行理论计算,在现有回采进路参数基础上,设计了9组不同回采进路参数的试验。通过数值模拟,分析了各组参数下进路断面的应力、位移、平均屈服率变化特征和采场安全系数,以生产效率及开采安全为目标,得出金川二矿区深部大体积充填体下的胶结充填法回采进路宽度可增加至6 m、分层高度可增加至4.5 m。现场局部试验结果表明,增大参数后的进路顶板和两帮稳定性较好,能满足安全生产的需要。     

复杂应力条件下不同回采 与充填阶段采场稳定性分析

为研究复杂应力条件下不同回采与充填阶段采场稳定性,以金川三矿区下向分层胶结充填开采采场为背景,根据最大水平主应力σ_H、最小水平主应力σ_h及垂直主应力σ_v三者的大小,将原岩应力场分为σ_h型应力场（σ_H >σ_h>σ_v）、σ_hv型应力场（σ_H >σ_v >σ_h）,σ_v型应力场（σ_v >σ_H>σ_h）3种形式,利用FLAC^3D数值模拟软件,对3种应力场下,进路两帮均为矿体的一期进路,一侧为矿体、一侧为充填体的二期进路,两帮均为充填体的三期进路的回采与充填进行了分析。结果表明：若应力场由σ_h型应力场逐渐过渡到σ_hv型应力场,直至σ_v型应力场,一期进路拉应力与最大位移逐渐由进路帮部转移到顶、底板;而二期进路及三期进路拉应力与最大位移却均产生于进路顶板,仅随应力场改变有扩大的趋势。说明前期开采影响了地应力分布,导致回采与充填后期3种应力场下的采场应力分布与变形规律逐渐趋于相同。水平应力较大的σ_h型应力场中采场的稳定性较其他2种类型应力场差,但在开采与充填后期,这一趋势有所减弱。     

新城金矿高地应力条件下顶底柱规模化采矿技术研究

新城金矿V~#矿体-580 m中段顶底柱留有大量矿石且品位较高,为减少资源损失,扩大企业经济需要,亟需对顶底柱进行回收。结合新城金矿-580 m中段地质赋存条件和高地应力等特征,设计了进路垂直于矿体走向布置的上向进路充填采矿法,从矿体最上盘第一条进路开始,以采场联络巷为终点,沿矿体走向方向后退式回采,垂直于矿体走向从上盘到下盘依次回采。采场沿矿体走向方向布置,和人工假顶的方向正好呈十字交叉状,使得每一采场回采时所暴露的各条人工假顶的面积都很小,胶结充填后能很好地维护顶板的稳定性。试验结果表明,V~#矿体-580 m中段实现了顶底柱规模化开采,矿石损失率大约为31.6%,顶柱回采的最大作业能力为1 300 t。上向进路充填采矿法科学合理、简单高效,对类似地质条件矿体开采具有借鉴意义。     

下向回采和充填顺序对采场稳定性影响的模拟研究

以某矿下向六角形进路回采胶结充填采场为研究对象,根据现场实测工程地质力学数据,选取4种不同的进路回采和充填顺序,运用FLAC模拟分析进路周围介质应力场、位移场和塑性区分布,研究采场结构介质应力应变规律、几何变形特征和结构承载性能受不同采充顺序扰动的影响。研究结果表明：采场进路从中间开始回采、逐步向上盘推进,先上盘后下盘、分段回采充填的顺序,使采场结构介质稳定性受采充扰动影响较小,是安全可靠、技术可行、经济合理的。同时应注意加强上下盘进路腰部和底板围岩应力集中区的监控和支护,确保顶板充填体强度指标。     

下向水平进路充填采矿法的研究与应用

针对矿体围岩不稳固的安全问题。基于提高矿石回收率、保障采场安全作业等采场要求,提出用下向水平进路充填采矿法取代原有的上向分层充填采矿法。通过充填材料配比试验,得出灰砂比1∶6,料浆质量分数为72%时,充填体14d单轴抗压强度达到4.28 MPa,可满足下向充填采矿的要求。现场实验证明,下向进路充填有效减小了顶板暴露面积,提高了回采工作的安全性与矿石回收率,取得了预期效果。     

上向进路充填采矿法充填配比优化研究

谦比希铜矿西矿体采用上向进路充填采矿法进行回采,充填物料配比是影响该工艺技术经济指标的关键参数。为获得较为合理的充填配比,本文基于弹性力学理论及一维应力波理论,分别从充填体自立及采场爆破扰动的角度对充填强度进行了估算设计。同时结合不同配比条件下的充填强度及流动性测试结果,对充填配比进行了优选。结果表明:西矿体采场的充填强度应不小于0.8 MPa,当灰砂比为1∶8、充填浓度大于71%时,满足采场充填的强度及流动性要求,此结论为矿山充填工艺的制定提供了理论依据。     

高进路下向胶结充填采矿法

下向胶结充填采矿法是一种回采率较高的方法,适合于高品位且矿体围岩均不稳固的矿床条件。然而这种方法的采矿工效低,采场生产能力小,且需消耗相当数量的支护材料。采用高进路,并使相邻分层的回采进路交错布置,可使其采矿工效及采场生产能力明显提高,且大大降低木材消耗。本文介绍了金川龙首矿试验这种高进路下向胶结充填采矿法的采场结构与回采工艺,并对胶结充填体——矿石间柱在回采过程中的稳固性进行了分析。     

下向分层高进路回采的实践

在下向分层采矿过程中,利用高水固结充填,其接顶效果好,充填体凝固时间短,早期强度高,若通过提高进路回采高度来减少分层个数,可节省假底施工费用,提高采矿工效及采场生产能力。     

某银铅锌矿下向进路充填法采场结构参数优化研究

针对某银铅锌矿62线以西泥化围岩破碎矿体开采问题,开展了下向进路充填法采场结构参数优化研究。通过选用简支梁模型和两端固支梁模型对人工假顶和预留顶柱进行力学分析,得出了假顶在不同厚度及进路宽度情况下的弯矩拉应力极值表达式,并引用尖点突变理论推导出了顶柱失稳极限厚度尺寸。建立了高灰砂比(S固粉掺量14.3%～25%)强度预测模型,通过安全系数法确定假顶强度的安全约束,并进行充填成本分析,建立了人工假顶安全-经济模型。分析计算得出:该矿最优进路宽度3m,假顶厚度1m,假顶配比1:6,单条进路充填成本71.13元/m~3;安全系数1.5,极限矿体厚度9m情况下,顶柱厚度为8～10m较为安全经济。     

人工顶板下回采工作的安全性

在热兹肯特斯克采选公司的奥尔洛夫斯克矿,采用下向分层采区式采矿法。阶段内矿体划分成分层,而分层采用垂直走向的进路自上而下连续回采。充填体作为人工顶板。顶板中胶结充填体的标准强度,根据进路宽度采取=5兆帕。     

上向分层回采采场稳定性数值模拟研究

根据凡口铅锌矿不同采场顶板围岩条件, 分别建立了典型采场模型Ⅰ(采场顶板为矿体)和模型Ⅱ(采场顶板为充填体), 采用有限元分别对两模型上向水平分层充填回采的整个过程进行了分步模拟, 获得了开挖过程中采场顶底板、侧壁的应力分布及位移变化情况, 对比分析了不同采场顶板围岩条件下分层开采对采场稳定性的影响。研究表明, 采场顶板为充填体的采场回采过程中应力、位移变化量均大于采场顶板为矿体的采场。因此, 为确保安全回采, 回采后期必须做好顶板支护工作。研究结果为优化采场结构参数和指导地压控制提供了可靠的理论依据。     

某矿尾砂胶结充填体强度演化特征及力学效应研究

以某金属矿山充填开采为研究背景,开展了不同配比参数下的充填体抗压、抗拉强度试验,分析了不同配比参数下的充填体强度演化特征。同时,采用FLAC3D数值模拟软件分析了矿体回采及采空区充填过程中的充填体及围岩受力特征,讨论了充填体在采场内的力学效应。研究表明:随着养护时间增加,充填体的力学强度呈不断增加的趋势,并且浓度或灰砂比越高的充填体其抗压强度增长的幅度也越大;在养护早期,水泥含量减小对尾砂胶结充填体强度的影响并不显著;矿体回采后,采场顶板及底板出现了压应力集中的特征,但采空区充填后围岩的应力集中状态得到了明显改善;此外,在二步骤采空区充填后,充填体拉应力达到了0.20 MPa,超过了部分充填体的抗拉强度,因此建议充填体的灰砂比最低应为1∶6,以维持充填体在采场的稳定。