厚松散层下矸石充填开采地表移动规律研究

为分析厚松散层下矸石充填开采地表移动规律,采用FLAC3D数值模拟软件,利用正交均匀设计试验校正室内岩样力学参数,分别建立不同松散层厚度条件下矸石充填开采数值计算模型.通过对相同基岩层厚度、不同松散层厚度条件下与相同采深、不同松散层厚度条件下矸石充填开采地表移动规律的研究得出:①在相同基岩层厚度的条件下,随着松散层厚度的增大,矸石充填开采地表最大下沉量、最大水平移动以及主要影响角正切均增大;②厚松散层下充填开采地表下沉系数随松散层厚度与采深之比呈线性递增;③采深是厚松散层下矸石充填开采地表移动范围的主要影响因素,而松散层厚度对地表移动范围的影响较小.     

马郡城铁矿“三下”开采隔离层厚度及回采顺序研究

在金属矿山“三下”开采过程中,隔离层是保证地表构建筑物安全和地下采场安全开采的重要部分,其 合理的留设厚度对于实现矿山安全高效生产具有重要意义。 针对马郡城铁矿矿区内东南角地表存在马郡河以及木 材厂、民房等建构筑物,造成矿区 10 线以东矿段复杂难采的问题,通过结构力学法和 K. B. 鲁别涅依特理论等 5 种方 法分别对隔离层厚度进行估算,其厚度范围为 16~ 36 m。 采用 ANSYS 软件构建矿区三维模型,结合 FLAC3D 模拟分析 不同隔离层厚度条件下第四系底部围岩稳定性特征及地表沉陷规律,并对矿块回采顺序进行优化。 结果表明:矿块 合理的回采高度上限为 40 m,隔离层安全厚度为 19 m,在估算厚度范围内,验证了理论计算结果的合理性;矿块回采 顺序为从右至左时对地表河流及建筑物影响最小。 研究结果为马郡城铁矿矿区东南角安全高效开采提供参考依据。     

厚松散层薄基岩煤层开采突水溃砂风险评价

通过对43下20工作面水文地质资料及钻探结果的分析,揭示了第四系厚松散层含、隔水层特征、底部黏土厚度及隔水性以及上覆薄基岩结构特征,建立了厚松散层、薄基岩工作面回采数值模型,计算得出冒落带发育高度为14m,导水裂缝带发育高度33m;确定工作面开采安全煤岩柱类型为"顶板防砂安全煤岩柱",并计算得到防砂安全煤岩柱高度为24.3m。结果表明:导水裂缝带及理论计算煤岩柱高度均小于最薄基岩厚33m,工作面开采厚度为2.5m时不具有突水溃砂风险。     

基于突变理论的崩落法转充填法隔离矿柱安全厚度计算

崩落法转充填法开采过程中,合理确定隔离矿柱厚度对保证过渡采场安全回采具有重要意义。通过构建隔离矿柱力学模型,分析隔离矿柱破坏特征,建立了隔离矿柱的系统总势能关系式;基于突变理论,推导出隔离矿柱失稳的尖点突变模型;根据尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,建立了隔离矿柱安全厚度的计算模型。将此计算模型应用于研究鄂东某铁矿无底柱分段崩落法转充填法隔离矿柱厚度,理论计算的隔离矿柱厚度取值范围为15.49～19.36m。在数值模拟验证和工程试验生产中,取隔离矿柱厚度为17.50m时,隔离矿柱处于稳定状态。理论分析和验证结果表明,突变理论可解释隔离矿柱失稳的非线性动力学特征,隔离矿柱安全厚度计算模型可为工程设计提供一定的理论依据和工程指导。     

复合水体薄基岩下综放安全开采研究

为研究三元煤矿3301工作面在复合水体(地表水和第四系松散含水层)薄基岩下厚煤层综放开采安全性,采用地质钻探方式确定了第四系底部粘土隔水层的覆存状态,采用数值模拟和现场实测方法研究了薄基岩条件下近第四系松散层底部综放开采顶板覆岩破坏和采动裂缝发育规律。探测结果表明,三采区第四系底部有一层稳定的粘土隔水层,能有效阻隔复合水体下渗和抑制导水裂缝带的上行扩展。数值模拟和实测结果表明导水裂缝带高度发育至第四系底部粘土层底界面。采用顶板水预先探放和留设防塌煤岩柱技术方案在薄基岩条件下实现了地表水体和第四系松散含水层复合水体下综放安全开采。     

紫金山金铜矿露天地下联合开采隔离矿柱厚度数值模拟研究

对于露天与地下联合开采矿山,确定隔离矿柱的厚度过薄,易造成露天底隔离矿柱突然间崩落,反之留得过厚又会造成矿产资源的浪费,通过数值模拟手段对露天开采底部标高为+652~592 m时的露天与地下开采模型进行分析研究,并通过拟合得到隔离矿柱厚度与最大拉应力的关系曲线,确定了紫金山金铜矿露天地下联合开采的隔离矿柱合理厚度,对矿山露天与地下的正常生产以及露天采场边坡的稳定性和地下采场的稳定性有一定的指导意义。     

海下充填开采岩层稳定性研究

三山岛金矿矿床赋存于海底,表层海水时刻威胁着采矿安全。为合理分析矿区充填开采的安全稳定性,建立了矿区岩层监测系统。对矿区各中段石门巷道顶板进行了周期位移记录,通过数据分析得到了监测期间的岩层变形规律。通过ANSYS模拟对比研究,分析了整个矿区真实开采过程中采场与围岩变形规律。研究表明,海底基岩层的地表倾斜率和水平变形率尚未超出极限值,说明目前海底基岩层尚未出现较大的损伤,海底开采使用充填法采矿是安全稳定的。为保证矿山开采过程中的长期稳定,建议先开采深部矿体,将中深部矿体作为隔离层,待矿山后期再进行开采活动。     

薄基岩第四系含水层保水开采技术

为实现矿井安全生产和水资源保护,针对蔚县煤田兴源矿区基岩薄且第四系含水层直接接触基岩的特点,通过钻孔探测煤层上方基岩厚度、分布范围及第四系底部砂砾岩含水层富水性,计算垮落带及导水断裂带发育高度,确定了采高2.0、2.5与3.0m时的防水安全煤(岩)煤柱高度分别为53、56和64 m,最终提出了分段限制采高、分段控制断裂带高度和分段留设防水安全煤(岩)柱的分段保水开采技术.该技术成功实现了兴源矿6402工作面薄基岩下安全回采和第四系含水层水资源保护,效益显著,对类似该矿区地质条件水体下安全保水采煤提供了丰富的成功经验.     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。     

海水下基岩矿床安全开采顶板厚度计算方法

为了保证海水覆盖下基岩矿床的开采安全和降低开采成本,合理确定水压作用下海底基岩安全开采项板厚度参数显得至关重要.本文在分析顶板地质结构和开采条件的基础上,采用工程类比法和力学解析法初步估算顶板稳定时的安全厚度,然后建立采场结构的有限元模型,定量计算顶板的最小安全厚度.研究表明,工程类比法和解析法可初步确定顶板安全厚度范围;数值模拟方法可以考虑多重影响因素,为合理选择和优化采场参数提供依据,帮助制订并检验安全开采方案.工程类比法、力学解析法和数值模拟方法的有机结合能有效地确定海水压力下基岩矿床安全开采顶板厚度参数.     

三山岛金矿软破介质下残柱开采的稳定性分析

为确保三山岛金矿顶底残柱安全高效回采, 采用理论力学与数值模拟对散体下顶底残柱开采过程进行了稳定性分析。建立了理论力学模型, 应用修正普氏拱理论计算了进路顶部荷载, 采用数学力学解析法对不同规格的进路在开挖过程中的承载层进行了内力分析, 得出了进路开采半宽和承载层厚度之间的拟合函数, 进而得出了不同跨度进路顶板需预留原岩的最小安全厚度。应用ABAQUS软件对不同规格进路的开挖过程进行了塑性变形和顶板应力分析, 得出了进路的合适采高及预留原岩的安全厚度, 以及不同跨度的进路顶板冒落规模, 从而得到采场进路宽和高分别为1.5 m和1.6 m。将理论力学分析和数值模拟分析的结果应用于三山岛金矿残柱的开采中, 并对采场沿脉巷道进行位移监测, 能确保试验采场安全生产。     

充填体荷载作用下金属矿山采空区顶板稳定性分析

针对如何提高研究区深部矿体采矿活动安全性的问题，通过理论计算方法和数值模拟计算法对采空区顶板的稳定性进行了分析。结果表明，厚跨比理论、载荷传递交汇线理论和结构力学梁理论求得的采空区顶板安全厚度基本一致，具有较好的线性变化关系，获得采空区顶板安全距离为10.0～18.0 m(采空区跨度为20 m);通过数值模拟极端后，确定了研究区顶板的临界破坏厚度为12.5 m,最终确定了采空区顶板的安全厚度为15 m。此时，采空区的水平方向最大的位移量可达28.2 mm,垂直方向上最大下沉量可达368 mm;采空区开挖后的最小主应力为-1.42 MPa,最大主应力为-6.7 MPa。     

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。     

基于能量法的露天开采下采空区顶板安全厚度研究

为了确定露天开采下采空区顶板安全厚度,基于力学理论,分析了露天开采下采空区顶板受力特性,建立其固支梁力学结构模型。根据能量守恒原理,推导了由顶板弯曲应变能、水平荷载做功和垂直均布荷载做功组成的采空区顶板结构总能量方程,获得了采空区顶板势能函数解析式。采用突变理论,建立了采空区顶板系统的尖点突变模型,获得了采空区顶板失稳判别式,推导出采空区顶板安全厚度计算模型。对某露天矿采空区顶板厚度进行了应用案例分析,理论计算出的最终采空区顶板临界厚度为11.34 m,与现场安全预警经验值12 m基本一致。表明所建立的采空区顶板安全厚度计算模型合理可行,可为露天开采下采空区顶板安全厚度设计提供一定的理论依据和工程指导。     

采矿顶板最小安全厚度及地面沉陷变形研究

主要研究计算某矿山采场顶板保护层最小安全厚度和矿山开挖的地面沉陷变形量。具体的方法是按抗弯和抗剪2种结构力学模型分别推导出顶板最小厚度理论计算公式,进而计算出顶板最小安全厚度;利用Auto CAD建立矿山开采区精细的工程地质三维模型,利用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算,以此来模拟矿山开挖的全过程。最后,模拟得到的地面沉陷变形量满足规范要求。     

充填体下阶段水平矿柱回采顶板安全厚度及进路充填采矿法

为了安全回采松散矿碴及低强度充填体压覆下的阶段水平矿柱,采用古典杨森散体压力理论及矩形等厚薄板力学模型分析了留设顶板受载情况及安全厚度,并通过工程实例进行了验证。结果表明,当上中段破碎底部结构不予回采,下中段顶柱留设安全厚度时,可通过进路式充填采矿法实现水平矿柱的安全开采;其中,下中段顶柱高5 m,采高3.5 m,顶板安全厚度1.5 m,矿石回收率68%,贫化率3%,取得了较好的安全与经济效益平衡。     

卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度研究

地下采空区给露天生产带来了极大的危害,采空区顶板安全厚度的确定是露天生产的重要安全保障。为了研究卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度,通过对矿山原有采矿技术条件和地质资料的分析及现场实地测量和调查并结合钻孔探测等手段,确定了露天矿下采空区的分布情况。以此分析地下采空区与露天境界空间关系并对露天边坡危险区进行区划,利用理论计算和数值模拟手段对最危险区域的采空区顶板安全厚度进行研究。结果表明:在最危险区域范围内,对不同采空区范围,不同位置的采空区进行模拟结果分析,露天开采的采空区隔离层安全厚度为16m(2个台阶高度),采空区对露天开采的影响较小。     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究

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,运用FLAC3D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,顶板厚度是6m时的最大沉降量为6.376cm,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6m。     

红菱煤矿上保护层最小开采厚度的数值模拟

针对沈阳红菱煤矿地层条件建立采动煤岩体计算模型,在分析底板煤岩受力及裂隙分布情况的基础上,通过数值模拟方法研究了开采不同厚度的11煤及顶板泥岩时,采空区下方的12煤膨胀变形量近似呈现“M”型变化规律;随开采厚度不断增大,根据应力变化规律12煤层将分别处于原始状态带、底臌变形带和底臌裂隙带;根据膨胀变形量变化规律12煤层将分别处于未卸压区、待验证区、完全卸压区;12煤膨胀变形量与开采厚度呈现先增加后趋于平缓的关系,最后得出12煤层极限（最大）膨胀变形量接近1.2%,并确定红菱煤矿地质条件下理论最小的开采厚度为0.67 m。