深部高应力复杂环境特大型水平矿柱开采方案优化研究

针对金川二矿区1000m中段厚60m的特大型水平矿柱开采面临的矿岩稳固性差,地压显现剧烈,上、下充填体贯通等不利条件,初选出两种连续回采方案,即:方案一,1000m与850m双中段单"V"型开采;方案二,1000 m双"V"型与850m单"V"型开采。利用有限差分软件FLAC~(3D)对初选的两种方案进行数值模拟,从连续回采过程中矿岩和充填体稳定性两方面对两种方案进行了对比分析。综合分析结果表明,方案二对水平矿柱的开采扰动相对较小,矿柱的整体稳定性较好。     

金川二矿区1000m中段水平矿柱形成及回采技术研究

金川二矿区采用双中段同时开采方式,随着两中段之间剩余矿体垂直厚度变薄,逐渐形成水平矿柱,及时准确地判定水平矿柱形成并安全将其回采,对于矿山的可持续发展至关重要。采用数值模拟手段分析了水平矿柱随着开采深度变化的形成过程,提出水平矿柱厚度为20m以下,矿柱完全破坏。通过对1 000m中段水平矿柱安全高效回采进行探索和研究,形成了矿柱回采的方案,最大限度地避开了现有在用的重点工程,保障了二矿区安全生产和出矿任务在后续中段衔接过程中有序进行。     

特大型水平矿柱稳定性数值模拟

金川二矿区采用多中段大面积连续回采工艺,水平矿柱开采稳定性是关系到二矿区乃至整个金川集团公司能否持续稳步发展的关键技术问题。采用FLAC三维有限元数值分析方法对此进行了研究,研究表明,在多中段回采过程中,水平矿柱的开采是个平稳回采过程,今后水平矿柱回采不会出现应力过大集中,也不可能出现水平矿柱灾变失稳。     

金川二矿区16行垂直矿柱安全高效回采实践

分析16行垂直保安矿柱的受力状态以及对整个采场稳定性的作用,以采场稳定性为基础,研究金川二矿区大面积连续开采暂时留设的16行垂直矿柱资源回采技术,开展矿柱安全采矿设计和回采实践。结果表明,在二矿区大面积连续开采过程中,垂直矿柱在高应力作用下产生整体塑性屈服破坏。当回采水平低于垂直保安矿柱以后,整个矿柱对采场的支撑作用逐步减小直至作用不明显,因此回采矿柱对采场整体稳定将不产生显著影响。实践中有效回采了16行垂直矿柱资源。     

基于尖点突变理论的水平矿柱稳定性分析

为了探明金川二矿区多中段开采时临时水平矿柱的稳定性,基于多中段同时开采下水平矿柱的受力特征,提出了水平矿柱的力学模型,在此基础上,采用突变理论的分析方法,通过对水平矿柱力学模型的分析,推导出了水平矿柱总势能表达式,建立了水平矿柱的尖点突变模型,最终导出了水平矿柱失稳的充要力学条件判据,获得了水平矿柱失稳概率小的结论,并提出了水平矿柱回采的工程技术措施。     

夏甸金矿矿柱及围岩扰动破坏规律模拟研究及稳定性分析

以夏甸金矿7号矿区工程地质、开采技术条件为背景,采用三维非线性岩石力学数值计算方法,运用有限差分方法进行开采对矿柱、围岩扰动破坏规律的数值模拟研究,结果表明采场间留矿柱对控制围岩变形具有较大的作用,采场间留2 m矿柱,中段间留4m矿柱即可保证采场稳定.     

金源矿区房柱法开采围岩稳定性分析

为了对矿区深部开采岩体的稳定性及岩爆倾向性进行深入地分析研究,本文针对金源矿区深部开采而可能带来的稳定性问题进行了数值模拟分析,结果表明:1中段开采过程中,拉应力集中在采场顶柱和部分矿柱,需严密监测中部矿柱应力,必要时可对其施加预应力锚杆加固;2矿柱水平位移基本变化不大,底板有轻微的底臌现象;3对60m长度单矿块的开采模拟中,若需多个矿块同时开采时,可采用隔一采一的方式有效控制围岩变形,保证开采安全;4若对埋深不同的多中段同时开采,最大弹性应变能将达到1.16×105J/m3,会对周边矿柱及围岩的稳定性留下安全应隐患。     

基于FLAC~(3d)数值模拟方法的杏山铁矿中段隔离矿柱稳定性分析

杏山铁矿深部开采中采用无底柱分段崩落法和分段凿岩阶段空场嗣后充填法联合开采,为了考察该开采方法的安全性和可行性,以及确定中段水平保安矿柱的合理厚度,采用FLAC~(3d)软件进行数值模拟研究。对模拟结果中塑性区和应力分布情况进行了详细分析。结果显示,-480 m以上矿体开采对下部中段隔离矿柱不会造成损伤,-560 m以上分段矿房回采结束后,下部中段隔离矿柱出现小范围的塑性区和拉应力集中,但塑性区未贯通,拉应力值小于岩体的抗拉强度。因此中段水平保安矿柱厚度在20 m时可以满足安全开采要求。     

多中段同时开采模式下水平矿柱安全回收方法研究及应用

彝良某铅锌矿采用盘区机械化下向进路胶结充填采矿法对多个中段同时进行开采,随着向下开采的不断进行,上下中段间必出现水平矿柱,水平矿柱一旦失稳,上下中段充填体内的应力将重新分布,若在冲击载荷的作用下产生大规模整体沉降,将给矿山带来灾难性破坏和大量矿石损失。因此,如何安全高效回收水平矿柱成为矿山的一大难题。本文提出采用六边形-矩形联合进路布置方式提高水平矿柱内部结构安全性,同时在分层制作镶嵌硐室、人工保安支柱作为分层采场受力支撑点确保上部充填体的整体稳定性,加大分层联络道支护量,确保作业通道安全,并制定采掘计划掌控开采时间节点及节奏,再通过沉降观测点的布设有效监测分层采场顶、底板动态变化情况,以便及时采取相应处理措施。     

金源矿区房柱法开采围岩稳定性分析(增刊)

为了对矿区深部开采岩体的稳定性及岩爆倾向性进行深入地分析研究,本文针对金源矿区深部开采而可能带来的稳定性问题进行了数值模拟分析,结果表明：(1) 中段开采过程中,拉应力集中在采场顶柱和部分矿柱,需严密监测中部矿柱应力,必要时可对其施加预应力锚杆加固。(2)矿柱水平位移基本变化不大,底板有轻微的底鼓现象。(3)对60m长度单矿块的开采模拟中,若需多个矿块同时开采时,可采用隔一采一的方式有效控制围岩变形,保证开采安全。(4)若对埋深不同的多中段同时开采,最大弹性应变能将达到1.16×105J/m3,会对周边矿柱及围岩的稳定性留下安全应隐患。     

矿山隔离矿柱回采稳定性分析及开采方案研究

冬瓜山铜矿在进行完大规模1步骤矿房回采和2步骤矿柱回采后,形成了大量的采空区和充填采场,致使岩体应力分布十分复杂,盘区隔离矿柱的回采条件已发生根本性改变。通过对开采状态的调研分析,以52-54线隔离矿柱为例,提出了2种隔离矿柱回采方案,从开采难度、矿石回收率、采切工程量等方面进行了对比分析,并结合数值模拟软件FLAC^3D对2种矿柱回采方案进行了模拟。模拟分析显示：方案1隔离矿柱在回采过程中侧壁出现了较大的位移,容易形成侧壁垮塌,并且其塑性区面积较大;方案2在隔离矿柱回采后,采场侧壁位移很小,对于在回采过程中出现的应力集中区域,减小矿房跨度,避免矿壁受到进一步破坏,回采作业对围岩的影响最小。通过综合比较,认为方案2较为合理,为可行性较高的方案。     

地压在线监测在卡房1-9矿体中的应用及分析

云锡卡房分公司I-9矿体多年来一直采用普通全面法开采,随着高效开采技术的应用,采空区形成的速度呈现大幅增长的趋势,局部一些矿柱及空区顶板已发生明显的开裂、离层破坏并且存在异响现象,这些现象表明,随着时间的推移,地压活动将越来越突出,为了弄清楚该矿体后期采动过程应力应变的变化趋势,在结合现场实际、有限元模拟及矿柱力学稳定性分析的基础上,采用位移传感器、钻孔应力计及声发射传感器对卡房1-9矿体顶板、矿柱的稳定性进行监测。确定回采过程中矿柱、顶板的受力状况。掌握采场地压的变化规律,为后续矿体的开采提供参考。     

复杂应力区段煤柱合理留设宽度仿真研究

针对南关煤矿3205运输巷道工作面掘进与支护困难、巷道变形严重且维修频繁的现状,为破解复杂应力情况下煤柱合理留设宽度这一关键性问题,借助FLAC 3D软件进行了应力场与位移场仿真分析。研究结果表明:显著的水平应力场、邻近的采动应力场与劣化的围岩稳定性三重因素的综合作用是制约3205运输巷正常掘进作业的瓶颈。在不同煤柱宽度方案比选过程中,窄煤柱在应对较强水平应力与剪切应力作用时处于劣势。煤柱宽度越大,采动应力场对煤柱及工作面的影响越小,采掘活动更为安全。经过方案比选,最终确立留设煤柱在复杂应力区段的合理宽度为30 m。     

双煤层不规则煤柱应力—能量演化规律及防冲技术研究

煤矿开采遗留煤柱区域往往是高应力和能量聚集区,多煤层开采条件下,当上部遗留煤柱与工作面煤柱重叠时,多重应力作用下煤柱区应力分布及能量演化更为复杂,工作面回采过程中易发生动力现象。以某矿双煤层开采遗留不规则煤柱区开采为背景,采用数值模拟和工程实践等方法,研究了工作面开采过程中煤柱区的应力分布、能量演化规律,建立了不规则煤柱区冲击危险监测体系,并制定了针对性防冲方案。结果表明:不规则煤柱区应力集中程度受采动影响较高,煤柱内高静载是影响工作面冲击危险性的主要因素;工作面回采临近煤柱时,“双层”煤柱中应变能积聚程度显著高于采空区下单层煤柱;现场微震分析可知,高能事件多分布于煤层中,煤柱为能量积聚释放的主体;钻屑法与应力在线监测结果表明煤柱区域为高应力集中区。根据数值模拟及现场监测结果,提出了煤体大直径卸压方案,并进行了效果验证。     

煤柱影响下被保护层开采应力演化特征数值模拟研究

为探究煤层群开采过程中，煤柱对被保护层开采应力演化特征的影响规律，以良村煤矿1801工作面为工程实际，应用FLAC3D应变-软化模型对煤柱影响下被保护层工作面开采时支承压力和三维应力的演化规律进行了数值模拟。研究结果表明：被保护层工作面除煤柱影响区之外整体处于卸压状态。支承压力演化规律与被保护层工作面开采进度紧密相关。当工作面推进位置处于煤柱影响区时，支承压力值突增至原岩应力的1.25倍，曲线呈快速上升态势。距离保护层的层位越高，垂直应力值越小，当层位距大于26m时，三维应力分布基本不再受煤柱的影响。煤柱影响下被保护层工作面范围可分为煤柱影响区、煤柱影响扩界区和卸压区，以此提出了瓦斯突出分区防治策略，在该工作面实施了高位穿层钻孔、采空区埋管瓦斯抽放、网状穿层钻孔和大直径卸压钻孔的综合措施，累计抽放瓦斯90余天，抽放瓦斯64805m，效果检验指标均不超限，实现了安全回采。     

综采工作面巷道护巷煤柱留设尺寸研究

以西河煤矿3号煤层工作面护巷煤柱留设为背景,通过建立力学模型分析了煤柱的整体受力状态并计算出了煤柱的合理尺寸,运用数值模拟分析了工作面回采过程中煤柱受力情况及围岩破坏情况,得出煤柱留设的合理宽度为15 m。并在现场得到成功的应用。为类似条件下工作面顺槽煤柱留设提供科学依据。     

深埋煤层孤岛工作面煤柱对冲击危险性的影响分析

以某矿4^-2205孤岛工作面为研究对象,结合工作面采掘实际情况,采用理论分析、数值模拟等方法,分析该工作面冲击危险性的影响因素及煤柱失稳机理,研究孤岛工作面回采过程中的煤柱应力变化及其对冲击危险性的影响。研究表明,4^-2205孤岛工作面回采过程中区段煤柱宽度逐渐减小,煤柱应力集中程度逐渐增加,破坏程度升高,煤柱逐渐由稳定状态向塑性不稳定状态变化,冲击危险性亦升高;4^-2205工作面回采至相邻采空区切眼前后位置以及顶板初次来压、周期来压及工作面“见方”时,覆岩运移破坏严重。     

基于应力增量理论的矿柱回采安全性评价

矿柱是支撑空区稳定性的主要单元,矿柱的回收必然会造成空区应力的重新分布,从而对其稳定性造成影响。基于应力增量理论,对某矿山矿柱回采过程中的安全性进行了理论分析,并根据矿柱的回收顺序建立了数值分析模型,计算得到了各矿柱开采前后的应力变化情况。计算结果表明,该矿山二、三采区一中段的间柱安全系数都大于1,即所有间柱在矿柱回采的过程中都处于安全状态。     

区段煤柱合理尺寸数值模拟研究

根据陕西秦源煤矿工程地质条件,通过建立FLAC3D数值模型,模拟分析了不同宽度的区段煤柱围岩破坏特征和垂直应力分布特征,结果表明:在煤柱承载能力范围内,随着煤柱宽度的减小,应力值逐渐增加,当达到承载能力极限时应力降低,煤柱破坏,失去承载能力。最终确定区段煤柱尺寸为13 m,为该矿后续煤层开采区段煤柱留设尺寸提供了依据。