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。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

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。     

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。     

基于Phase2的复杂采空区稳定性分析与评价

利用Phase2数值模拟软件,分别在水平和垂直剖面建立空区数值模型,对某矿三采区的空区稳定性进行了分析.研究发现,逐步回采完900中段的5个采场后,采空区的应力与位移都不会达到围岩的屈服极限,采空区是相对稳定的;继续回采采空区间柱或下中段矿体时,空区围岩的应力状态发生很大的变化,顶底板局部地方拉应力值达到岩石的抗拉强度,发生破坏,因此在进一步回采矿体时需要对采空区进行处理,保证矿山的安全生产.     

两步回采大跨度采场稳定性模拟分析及其控制

采场跨度是采场结构参数的关键指标,直接影响回采空区的安全性和生产作业技术经济指标。针对某磷矿试验盘区采用两步回采大跨度采场方案,进行一步跨度4.5 m扩大到二步9 m时采矿过程中的采场稳定性研究,采用数值模拟的方法,从大跨度采场的应力、支护体受力等方面对采场空区的地压演变及稳固性进行了分析。模拟结果表明:采用锚索支护顶板能够保证大跨度采场的安全回采。同时,为国内外类似条件下矿体的开采提供了借鉴。     

充填采矿法的改进

热兹卡兹甘矿床有些矿段矿石品位高（品位沿矿体厚度无变化），厚度大（超过18m），分一步和二步矿房以充填法回采，以保证矿量完全采出。一个盘区的回采顺序如下：一步矿房采准与回采；采空矿房充填与接顶充填；二步矿房采准与回采；采空的二步矿房充填。一步矿房以大家熟悉的浅孔崩矿工艺回采。在这种情况下，根据矿体厚度，用一个分层或分成几个分层回采’‘’。在相邻的一步采空矿房胶结充填工作结束且充填体达到必需强度之后，便开始二步矿房回采。二步矿房回采时，工人不进入采空区，只从凿岩装矿巷道钻凿扇形深孔崩矿’‘’。崩落的…     

复杂采空区稳定性数值模拟分析

为研究复杂采空区的稳定性,在前期现场调查、现场原岩应力测定、室内力学试验及岩体力学参数工程处理的研究基础上,应用现代仿真技术与计算机数值模拟技术,采用FLAC3D方法对龙桥铁矿空区形成过程及采空区稳定性进行模拟计算和预测分析,研究表明:采空区形成后,空区四周各角隅处首先达到极限剪切破坏状态,随着采空区的增大,角隅处破坏区域逐步延深扩大,顶板中央拉应力分布逐渐明显,最终变为拉应力破坏;采场周边围岩位移最大,往外距离开挖边界越远,围岩位移就越小,且采场上盘围岩位移比下盘围岩要大得多,围岩移动方向均指向采空区;在采场顶板以上形成围岩移动位移等值拱;采空区顶顶中央点下沉量最大,向空区侧面急剧降低,空区以外点的下沉量变化较小,且距空区越远下沉量越小;采空区一半高度的水平断面上围岩以垂直向下位移为主.     

缓倾斜中厚矿体采空区稳定性数值模拟分析

为研究缓倾斜中厚矿体采空区稳定性,在研究采空区失稳机理以及收集矿床资料、采矿进程及进行室内岩石力学实验的基础上,利用数值模拟软件FLAC对磨坊矿五号井2号矿体4号采场的开采活动进行了模拟.通过对采空区竖向应力分布,塑性区发展趋势以及剪应变增量的分析,得出了空区的稳定性程度及破坏发展趋势:(1)在空区顶板与地板中心处出现了拉应力的集中;(2)空区剪切破坏首先发生在角隅与矿柱的中下部,导致矿柱的失稳,然后再向空区边缘顶板上部发展,最终导致顶板整体塌陷;(3)一、二步开挖后空区处于稳定状态,最后一步开挖后,采空区失稳.     

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。     

司家营铁矿急倾斜厚大矿体大规模空场嗣后充填开采数值模拟

针对规模化开采急倾斜厚大矿体的可靠性问题,将司家营南区矿体划分为两步矿房,采用空场嗣后充填法进行间隔开采,采取胶结充填一步矿房采空区、全尾砂充填二步矿房采空区,运用离散元软件UDEC对分步开采进行了数值模拟计算。结果表明：矿房回采充填过程中顶板岩层内存在承压拱结构,其拱失f近似等于回采水平总跨度L,充填体能够与矿房矿柱及围岩协同维稳;矿体上下盘出现了高应力集中现象,为40~50 MPa,一步胶结充填体承压近15 MPa,且顶板沉降0.5~2.0 m,地表沉降0.2~0.28 m,以及在第四系、风化带交接处及风化带内部衍生出1处高压应力集中区和长带形主拉应力区。根据上述分析,需在矿房回采前对顶板及上下盘围岩进行联合支护,且应对地下水和断层裂隙带以及矿房顶板和地表进行监测,确保矿山安全开采。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

露天坑下矿柱回收的安全性分析

某铁矿三采区一中段位于2个民采露天坑底,矿房覆岩较薄,矿柱回收存在一定风险。在充分调查该区域生产现状的基础上,利用当量暴露面积法,确定该区域矿房极限跨度为160 m,提出“隔三采二”的矿柱回收总体方案,回收矿量19.6万t。在对采空区大面积垮塌冒落的连锁效应的“矿柱失稳-应力转移”力学机理进行分析的基础上,利用Wang Jin′an顶板-矿柱流变力学模型,将三采区一中段顶板-永久间柱系统简化为由4组等效的Buegers体制成的弹性薄板,建立了矿柱-顶板系统稳定性的动态分析方法,预测了采空区的存续时间。顶板位移监测表明矿柱回采实施过程中,矿柱回采整体处于稳定阶段。实践表明：利用当量暴露面积法和Wang Jin′an顶板-矿柱流变力学模型相结合的方法确定矿房极限跨度和采空区的存续时间,具有一定的参考价值。     

混凝土矿柱嗣后充填法采场稳定性监测与分析

兴隆磷矿为提高资源回收率,采用两步骤回采法,先矿柱胶结充填,后矿房废石充填。为保障作业的安全,验证胶结矿柱的强度,优化采场结构参数,采用区域的微震监测与局部的点监测相结合的方式,对胶结矿柱及顶板覆岩应力显现进行立体、实时动态监测。通过分析开采过程中获取的应力、应变及位移变化数据,得到了回采工作面前方的采动超前影响距离约为20 m;当矿房回采跨度约36 m时,覆岩累积应力集中较大,顶板局部会有冒落,但采场顶板移动诱发的应力远小于胶结混凝土矿柱强度,胶结矿柱无破坏。结果表明:采用两步骤回采嗣后充填的开采方法及采场结构参数等,能够保证采场稳定。该监测方法能够及时准确地为采场稳定性做出评价,为安全高效生产提供指导。     

采场二步骤回采充填体稳定性分析研究

阿舍勒铜矿采用大直径深孔嗣后充填法二步骤回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。本文以0 m中段北1 #采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析,建立数值计算模型,基于Phase2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算分析,综合分析得出：矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求,试验采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,说明矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

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。     

红透山铜矿深部采场回采顺序的数值模拟及优化

针对红透山铜矿处于高应力环境下的深部采场,为确保回采过程中的采场稳定性,通过数值模拟探讨合理的回采顺序。基于矿山实际生产条件,提出6种回采方案,并采用FLAC3D进行数值模拟计算,分析不同方案回采过程中的应力、位移分布特征。计算结果表明：方案六所处的应力环境最为有利,安全性最高,矿柱明显起到了缓解顶板应力集中的作用,顶板、帮壁处是应力最为集中区域;方案二在回采过程中竖向位移最小,但在最终状态各方案位移较为接近。综合考虑,方案六为最优回采顺序。     

磷矿地下开采地压规律的FLAC3D数值模拟

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为工程背景,通过FLAC3D数值计算工具,对不同矿体厚度下深部磷矿体地下开采过程中采场、围岩的稳定性及地压活动规律进行研究。数值计算结果表明：①矿体采出后,采空区上覆岩体的自重力向周边新的支承矿壁点转移,在采空区上方形成卸压带;同时在其前方与后方两侧矿壁附近形成支承压力增压带。随着采场向前推进,超前支承压力随之前移,采场覆岩受采动影响的范围也在不断扩大。②倾斜条件下,矿体开挖后所形成的采空区上部覆岩与下部覆岩应力状态是非均匀、非对称的,整体上采场上部矿压显现程度比下部明显。③随着开采矿层厚度的增加,矿体开挖形成采矿区后,采场覆岩受采动影响的范围更大,而矿压显现的程度则减弱。采空区前方支承压力区域最大应力集中系数减小,塑性区范围增大。