基于FLAC3D 的某铁矿采场结构参数优选

为提高矿山开采效率及开采过程中采场顶板的稳定性,利用FLAC3D 软件建立数值计算模型,模拟不同结构参数的采场分步骤、分层回采及充填过程,对采场顶板的受力变化情况进行研究分析,从而判断不同结构参数和不同的开采阶段采场顶板的稳定性情况。结果表明,一步骤回采时顶板的稳定性较好,二步骤回采过程中顶板稳定性较差,应加强对采场顶板的监测与支护工作;通过对不同采场宽度和上下分层高度的方案对比分析,得出了采场最优结构参数,进路宽度为5 m,上分层高度为3.5 m,下分层高度为4.5 m。结果为采场结构参数设计提供了理论依据。     

夏甸金矿深部矿体采场回采顺序优化与应用

在金属矿山地下开采中,采场结构参数的布置和采场回采顺序规划对矿山深部开采的安全具有重要作用。为了优选出最佳的井下回采顺序方案,基于客观定权方法建立了最大主应力、最小主应力、顶板沉降位移和技术经济指标等综合评价指标体系。采用CAD-Midas(GTS NX)-FLAC~(3D)耦合数值建模方法,建立了矿体的网格模型,并对平行回采与阶梯回采不同方案下的采场回采顺序进行模拟分析,通过构建的CRITIC赋权评价模型对井下不同回采顺序进行了综合评价。结果表明:采场最大主应力,顶板沉降位移在平行回采与阶梯开采中均呈现随间隔距离的增加而减小的趋势,在相同进路布置方式下,阶梯回采的最大主应力与顶板沉降位移小于平行回采;不同回采方案的采场最小主应力仍然为压应力,不存在拉应力,最小主应力也随着距离的增加而减小;隔三采一的阶梯回采的进路压力与顶板沉降位移较小,采场开采更稳定。客观定权法综合评价模型评价结果均表明,隔三采一的阶梯回采方案为采场回采的最优方案,矿山应用后的结果证明了荐优方案的正确性。     

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。     

深部奥灰水对L矿7~#煤层顶底板破坏的研究

为了评估逆断层条件下煤矿深部奥陶系高压岩溶水对煤层的危害,运用数值模拟对所选取的L矿13-9号钻孔进行了分析。根据柱状图,建立了一种计算模型,采用RFPA2D模拟了采场推进时煤层顶板和底板的破坏情况,估算了顶板的破坏高度和底板破坏深度。结果表明:开采7#煤层时,随着回采工作面的推进,矿压造成的覆岩破坏没有发展到关键层;顶板的破坏高度逐渐增加,当工作面推进到200 m时,破坏高度大约85 m,小于导水断裂带高度,奥陶系高压岩溶水未能沿F16逆断层面渗流突变溃入采场;随着回采工作面的推进,底板的破坏深度逐渐增大,但没有穿越隔水关键层;当工作面推进到100 m以后,底板的破坏深度不再发生明显的变化,此时底板破坏深度大约14 m。     

软弱围岩下某中厚及厚大矿体采矿方法研究

某矿区位于湖区水体下,主要为金铜矿,且矿石品位较高,矿体属于软弱围岩下的中厚及厚大矿体,且顶板围岩稳固性较差。结合矿体具体的赋存条件及现有的开采技术条件,采用数值模拟软件FLAC^3D对机械化分段中深孔落矿嗣后阶段充填采矿法、浅孔留矿嗣后充填法、上向水平分层充填法3种采矿方法进行了采场参数研究。通过对6种模拟回采过程中的围岩应力和位移比较,初步确定采场宽度、长度参数分别为14 m、40 m;以初步确定的采场参数为基础,通过最大与最小主应力、顶板与矿柱位移最终确定出3种采矿方法对应的采场宽度均为14 m、长度分别为40、40、42 m;并且随时监测顶板及矿柱的应力、岩移情况,加强顶板管理,及时充填。最后提出下阶段的主要工作是确定合理充填体强度及充填材料。     

基于修正Mathews稳定图法与FLAC3D的阿舍勒铜矿深部回采方案优化研究

随着新疆阿舍勒铜矿采深逐渐增加,矿山深部岩体愈加破碎,采场稳定性难以得到保障。为了确保深部矿床安全、高效开采,需要在工程地质调查和岩石力学参数试验的基础上,对采场结构参数与回采顺序进行优化。使用修正Mathews稳定图法,对+150 m中段采场顶板和边帮开展稳定性分析,分析结果表明：当中段高度为50 m,采场长度为矿体厚度的情况下,只需控制采场宽度小于12 m即可保证采场顶板和上盘围岩总是处于无支护稳定区,满足采场安全生产要求。为了确定采场的合理回采顺序,使用FLAC_3D有限元模拟软件分别对4种不同回采顺序进行了模拟分析,对比了不同回采顺序下采场的应力、位移、塑性区,最终确定最优回采方案为从矿体南端向北端依次回采。研究结果可为阿舍勒铜矿回采设计提供依据,并能为国内同类矿山的回采设计提供参考。     

新城金矿中段顶柱盘区回采顺序优化

针对新城金矿-580 m中段顶柱的安全高效回采问题,提出4种盘区回采顺序,对不同的回采顺序方案进行优化研究。首先,利用3GSM非接触数字扫描系统对-580 m中段采场顶板和两帮进行结构面调查,并依据Hoek-Brown强度准则得到岩体的物理力学参数;其次,构建含有巷道、假顶等在内的三维可视化模型并对回采过程进行数值模拟。最后,通过对比分析不同回采顺序条件下采场等关键部位的应力、位移的动态响应特性,并结合各方案顶板的破坏情况,确定了最优的回采顺序。模拟结果对新城金矿顶柱盘区的安全回采具有一定的参考价值。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

Chambishi铜矿卸压崩落法下分段穿脉稳定性研究

研究了Chambishi铜矿分段卸压崩落法回采过程对下分段穿脉稳定性的影响。穿脉位于上分段采场投影的中部。在巷道顶板中部和两帮距底板1.2m处布置11排监测点,利用收敛计监测采动过程中的巷道顶板和两帮围岩变形情况。监测时间约7个月(回采前3个月,回采2个月,回采后2个月)监测结果显示采动影响范围包括:距离矿体下盘8~18m为应力降低区,18~25m为主要承压区,25m以外为非采动影响区;在回采过程中,开采初期25~35d为主要采动扰动期,45~60d为岩体变形较大期。     

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。     

夏店煤矿综采工作面矿压显现规律模拟

以夏店煤矿3111综采工作面为研究背景,采用数值模拟手段对工作面矿压规律进行了研究,得出坚硬顶板条件下采场上覆岩层的运动规律、采场矿压的基本参数等;当工作面未切眼放顶推进到50 m时,岩层整体破坏范围很小,顶板不会整体垮落;当工作面切眼放顶,工作面推进到30 m时,细砂岩岩层与工作面相交处的区域破坏基本上贯穿了整个细砂岩层,工作面初次来压步距约30 m左右。为工作面回采加强顶板管理提供了依据。     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。     

急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术研究

针对急倾斜中厚破碎矿体采用浅孔留矿法开采时,存在的采场作业安全条件差、矿石损失贫化大等问题,以锡林浩特萤石矿为工程背景,从岩体可冒性、工艺方法改进、冒落防控等方面对急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术进行了系统研究。通过矿岩可冒性分析,构建了岩体冒落力学模型,计算得到极限冒落跨度值为5.4~6.4 m,小于矿体的平均厚度（7 m）,存在冒落事故风险;从回采作业安全及损失贫化控制角度出发,提出了以垂直深孔落矿阶段矿房法为主的空场嗣后充填开采工艺,给出了采场结构布置方法,采用分段崩矿、中段及阶段出矿方式,确定的合理崩矿步距为1.56 m;在此基础上,分析了采空区顶板冒落冲击风险,计算得到采空区顶板岩体冒落形成的冲击气浪值为34.96 m/s,远远超过了《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423—2020）规定的数值,给出了防治冒落冲击灾害的安全散体垫层铺设方法,确定的合理散体垫层厚度为3.3 m。通过现场工业试验,采场作业安全,矿石回采率提高了7.31%,贫化率降低了7.66%,经济效益显著,可实现该类矿山安全高效开采。     

基于开采环境再造顶板最小安全厚度研究

针对高价值软破矿体的特殊性, 设计采用开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法回采, 并着重对顶板最小安全厚度进行研究。首先通过结构力学解析法对顶板沉降量的计算, 估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围; 然后运用FLAC^3D软件建立了开采环境再造采场数值模型, 并对不同厚度顶板进行模拟计算, 揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律, 表明了塑性区、应力扰动范围以及沉降量都随着顶板厚度的增加而减小, 且减小的幅度趋缓。以顶板沉降量为判据, 模拟结果得出顶板厚度为9 m时的最大沉降量为7.67 cm, 满足矿山安全要求。同时, 兼顾顶板施工工艺、构筑成本和服务年限, 得出顶板的最小安全厚度宜取9 m。     

缓倾斜极薄矿体采场结构参数优化研究

为进一步提高山东黄金矿业（鑫汇）金矿缓倾斜极薄矿体采场结构的稳定性，对双侧抛掷嗣后充填采矿法的采场结构参数进行了优化。利用有限元分析软件FLAC3D，并结合矿体实际情况，设计了1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m采场宽度结构等5个方案，计算并分析不同条件下开挖后的最大主应力及最大位移来实现采场结构参数优选。研究表明：随着回采宽度增大，第1步回采后产生的应力和破坏范围明显增大，顶板的下沉位移逐渐增大，在采幅为2.5 m和3.0 m的方案中，在第4步和第5步回采完成应力重新分布后，周边围岩应力呈现上升趋势，有潜在的岩爆风险。在不同的回采过程中，围岩中的应力存在释放的过程，使应力分布达到新的平衡状态。同时经过数据对比分析，针对采用双侧抛掷嗣后充填采矿法的缓倾斜极薄矿体，采场结构参数设置为1.5 m为最佳方案，可确保矿山安全高效生产。     

马路坪矿中深孔分段矿房不同跨度的稳定性分析

马路坪矿是世界少有、国内目前唯一不经选矿便可直接生产高浓度磷肥的优质原料产地,矿山采用脉内采准中深孔落矿嗣后充填采矿法开采。通过FLAC3D有限差分软件,分析分段采场不同开采跨度下的采场位移与变形特征、顶板最大主应力、顶板垂直应力分布、采场塑性区分布等数值计算结果,得出合理的采场跨度为20 m。     

某铝土矿采场结构参数优化数值模拟

采场结构参数是地下矿山开采中影响开采安全和回采效率的重要因素,合理选择采场的结构参数是矿山亟需解决的技术难题。以某铝土矿采场结构参数优化为研究对象,综合分析了某铝土矿矿体的赋存条件,采用FLAC3D三维数值模拟软件,构建了直接顶板为土状岩体的铝土矿分条回采模型。为确定较为合理的采场结构参数,分别选取7、9、11 m三种采场开挖方案,分析了不同结构参数下的围岩变形、应力分布和塑性区分布特征。对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化。结果表明,7 m跨度下采场整体处于稳定状态;当跨度增加到9 m,采场顶板出现一定的塑性区;当跨度继续增加到11 m,采场顶板的塑性区范围和位移量进一步增大,采场中间存在沿条带方向出现垮冒的风险。因此,为了保证采场稳定性与安全,建议采场跨度选择9 m。研究结果为类似铝土矿矿山采场结构参数的确定具有借鉴意义。     

陕西银矿采场顶板管理及支护参数的确定

陕西银矿为顶底板不稳固的倾斜中厚矿体，保持回采时间采场顶板的稳定性是该矿进行采矿方法试验成功的关键。试验的超前切顶爆力运矿分段采矿法，采用分段分条、缩小顶板暴露面积、超前切顶、锚杆支护、预留临时矿柱和分段连续矿柱，以及采后放顶处理空区的综合顶板管理方案。经现场试验证明是完全可行的，取得了满意的效果。