红岭铅锌矿采场结构参数数值模拟与优化

为优化红岭铅锌矿阶段空场采矿法采场结构参数,选取采场长度、间柱宽度和顶柱厚度3个因素,每个因素取3个水平,用正交试验原理设计了9个数值模拟方案。对每一个方案用Midas耦合Flac3D进行数值模拟分析,揭示了用不同采场结构参数开采过程中采场最大主应力、z方向最大位移、间柱和顶柱塑性区贯通状况等力学演化规律。研究结果表明,顶柱安全厚度随采场长度增加而增高,最大主应力位置发生在采场角点位置,最大位移位于采场顶板中央,若间柱发生破坏,上盘围岩最大位移会向间柱方向移动,相邻两矿房塑性区有贯通的趋势。综合分析9个方案的数值模拟结果,考虑安全性和经济性,采场长度50 m、间柱宽度10 m、顶柱厚度15 m为红岭铅锌矿最优采场结构参数。     

大红山铁矿400 m以上坑采对露采的影响

地下崩落法采矿破坏了采场上覆岩层的应力平衡状态,引起地表变形和岩层移动,影响到地表构筑物的安全使用与保护问题。深部矿体采用崩落法开采,将会影响到地表露天采场境界的稳定。采用FLAC3D数值模拟的方法来研究深部矿体开采后对露采境界的影响。模拟分析表明：按照65°移动角计算,预留保安矿柱,400 m水平以上南部矿体开挖后,并未影响到露采境界,露天工程整体稳定。但是不预留保安矿柱, 400 m以上矿体全部开挖后,影响到了A34线以西的露采境界。研究结果为地表露天矿的设计和安全生产提供了指导性的依据。     

铜绿山矿深部矿床上向分层开采采场结构参数优化

确定合理的采场结构参数是安全高效地开采深部矿床的难点问题。为研究其影响机制,以铜绿山矿ⅩⅢ号矿体的深部开采为研究目标,选取深部典型矿岩进行岩石力学参数测试,基于岩体RMR分级结果、经验公式以及经验系数,得到区域内岩体力学参数;针对影响采场结构的3个主要因素,设计9组正交试验,运用FLAC3D数值模拟,结合每分层可采矿量,对比分析竖直位移分布、水平位移分布、塑性区域分布、最大主应力分布等力学响应指标。结果表明:在中段埋深一定的条件下,矿房宽度10 m,矿柱宽度8 m,分层高度5 m为适宜采场结构参数。     

高阶段采场充填体数值稳定性分析

胶结充填体的稳定性对金属矿山的高效回采极为关键。为此,运用数值模拟的方法,综合考虑采场实际结构,设置合理的物理及力学参数,对紫金山金铜矿深部X₁号矿体采场进行模拟、稳定性分析。在矿房、矿柱布置18个位移观测点,记录各测点在一步骤矿房开挖、充填,二步骤矿柱开挖、充填整个过程中的变形特性。根据采场应力分布,塑性区分布,位移变化,判断采场的稳定性、分析高阶段范围下充填体的稳定作用过程。     

基于多指标综合评价的采场结构参数及回采顺序优选

基于山东金鼎铁矿现有分段凿岩阶段矿房采矿方法和采场结构参数,设计包含3种回采顺序和3种采场跨度共9组正交试验方案,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对9组试验方案进行数值模拟研究,获得采场应力、位移大小以及塑性区分布等计算结果。在此基础上,建立基于满意度的多指标综合评价模型,选取侧壁最大主应力、顶板最大主应力、侧壁最大水平位移、顶板最大竖直位移及塑性区体积共5个指标进行多指标综合评价及敏感性分析。研究结果表明:金鼎铁矿-470m水平采用"中央推向两侧"的回采顺序时满意度最大,在总体满意度达标的前提下,考虑采充次序过程中的满意度,进而确定最优采场跨度为18m。     

朱兰铁矿深部急倾斜厚大矿体回采顺序优化研究

合理的回采顺序是深部矿体安全高效回采的关键。为确定朱兰铁矿深部矿体阶段空场嗣后充填采矿法的最佳回采顺序，设计了4种盘区内采场回采方式和3种矿房回采顺序，利用AutoCAD-Midas-FLAC^3D耦合建模技术，分析了各方案回采过程中的应力和顶板下沉位移变化、盘区回采结束后的塑性区范围及分布情况。结果表明：盘区内采场“隔二采一”和矿房“中央向两翼开采”的回采顺序方案应力集中程度低，顶板下沉位移量变化小，塑性区范围及分布情况好，且回采工艺简单，有利于提高采场稳定性，确定为最优回采顺序。研究成果可为朱兰铁矿深部矿体回采提供技术依据，也为同类型矿山回采顺序设计提供借鉴。     

高阶段采场充填体稳定性的数值分析

胶结充填体的稳定性对金属矿山的高效回采极为关键。为此,运用数值模拟的方法,综合考虑采场实际结构,设置合理的物理力学参数,对紫金山金铜矿深部X1号矿体采场进行模拟、稳定性分析。在矿房、矿柱布置18个位移观测点,记录各测点在一步骤矿房开挖、充填,二步骤矿柱开挖、充填整个过程中的变形特性。根据采场应力分布、塑性区分布、位移变化判断采场的稳定性,分析高阶段范围下充填体的稳定作用过程。     

三山岛金矿盘区回采规格数值模拟优化

三山岛金矿S12186采场为盘区法试验采场,在采场宽度确定的情况下,合理布置矿房宽度成为安全生产的重要因素。通过采用FLAC3D软件,对5种不同矿房布置形式进行数值模拟,分析了不同方案应力、位移和塑性区的分布情况,提出了最优的回采规格,为安全回采提供了理论参考。     

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。     

阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性研究

某铁矿采用阶段空场嗣后充填法开采,目前-450 m首采中段的回采工作即将结束,拟在-390 m新中段的开拓中将阶段高度从原来的60 m提高到90 m,阶段高度提高了50%。为了研究急倾斜厚大矿体在阶段 空场嗣后充填法开采条件下的应力变形规律,采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,考虑了首采中段和多盘区对新中段回采充填的影响,通过分析得到了采场矿柱和围岩的应力与变形规律。结果表明：在阶段 高度提升后的新中段回采充填过程中,矿柱被揭露后矿柱内的应力会大幅增加,并随应力集中程度增加而导致矿柱的剪切破坏;采场内最大变形出现在中间盘区矿房顶板,最大主应力及塑性区主要出现在中间矿柱的 中下位置,最大主应力、沉降变形及塑性区呈中间大两边小的对称性分布,最小主应力出现在两边矿房顶角处;盘区矿房采用间隔回采形成的最小主应力和沉降变形小于顺序开采,矿房的回采顺序对最大主应力的影 响较小;随着矿柱宽度增加,采场内最大最小主应力、变形值及塑性区范围呈逐渐减小的趋势。研究成果对国内外采用空场嗣后充填法开采的同类型矿山具有借鉴意义。     

露天转地下开采覆岩采动响应的坡角影响效应研究

以某矿山露天转地下开采为背景,研究了不同边坡坡角影响下采场上覆岩体的采动响应特征,以揭示覆岩采动响应的坡角影响效应。结果表明,采场内部应力随着矿体开挖推进不断进行重新分布,并持续沿矿层倾向向前方岩体动态转移,在前方形成应力增压区,最终达到新的平衡; 坡高一定时,坡角过大或过小都不利于覆岩的稳定,而是存在一个较为合适的中间值,45°坡角时,采场覆岩比35°和55°模型应力及位移沉降更小,但塑性区发育不及35°及55°模型充分。建议露天开采完后对边坡进行削坡处理,以控制边坡角度45°,然后再转入地下开采。     

深埋厚大矿体采场结构参数优化

合理的采场结构参数可使采场处于有利的力学状态,使围岩的应力、应变分布趋于均匀化,在保证开采系统稳定和生产安全的前提下,减少支护工作量,提高采矿强度和生产效率。在深入分析思山岭铁矿地质概况与采矿方法的基础上,对影响矿房回采稳定性的矿房高度、矿房宽度、采场长度、矿柱宽度、矿柱充填方式等5个关键因素进行2水平正交设计,获得8种试验方案。运用大型岩土软件FLAC3D对盘区内不同方案的采场结构参数进行数值模拟研究,分析其在不同结构参数下应力、位移、塑性区等特征,初步得出采场处于最有利力学状态时的结构参数方案(采场高60 m、采场长60 m,矿房宽18 m、矿柱宽20 m的参数方案)。计算结果表明:回采过程中,采场长度对顶板应力和顶板位移的影响最大,采场越长,应力值越大,且压应力主要在盘区间柱集中,顶底板处出现拉应力集中。分析结果可为盘区矿房矿柱的安全高效回采提供技术支持。     

房柱式开采合理采留比数值模拟

为了促进矿山的安全生产管理,进一步提高房柱式采矿法在矿山的资源采出率,合理确定房柱式开采过程中的采留比例,采用UDEC数值模拟软件对不同采留比例条件下采场的矿山压力显现规律进行了模拟分析,结果表明采宽对于工作面稳定性的影响程度远大于矿柱宽度对工作面稳定性的影响程度,另外,通过对数值计算的塑性区图、垂直位移图、垂直应力图和主应力图的对比分析,最终确定在埋深128～351 m、倾角6°～10°矿层赋存条件下比较合理的采留比为4 m×4 m。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

书记沟铁矿地下开采岩层移动界线的圈定

书记沟铁矿地下开采导致地表沉陷垮塌，沉陷坑影响范围可能波及周边村庄，设计采用工程类比法确定岩层移动角，通过现场实地调查运用数值模拟软件对该矿地下开采过程进行模拟分析研究，最终确定出岩层移动角为：斜长角闪岩上盘62.5°，下盘62°，走向65°，第三系、第四系移动角取45°。     

阶段出矿底部桃形矿柱的结构参数数值计算分析

针对某矿采用阶段空场崩落联合采矿法开采急倾斜极厚大矿体时存在存窿矿量多、矿石贫化损失大、空区作业危险等难题, 提出了具有底部出矿结构的桃形矿柱采矿新方案。结合该矿区生产实际, 设计了6种桃形矿柱方案, 采用ABAQUS数值模拟软件, 依据M-C准则建立桃形矿柱的弹塑性本构模型, 分别分析了冲击荷载作用下桃形矿柱的应力、应变、位移响应, 以及残余完整巷道长度与垂高的关系。结果表明, 坡面角50°、桃形矿柱高度15 m的方案受力状态最理想, 且拉伸应变及位移均较小并集中于坡脚, 但完整巷道的垂高不足2 m; 坡面角70°方案的桃形矿柱塑性区和破坏区范围均大于坡面角60°方案, 二者的完整巷道长度与垂高均在可靠范围。经综合考虑, 优选坡面角60°、桃形矿柱高度15 m方案为桃形矿柱的最优参数。     

大红山铁矿露天采场压矿范围的相似模拟

云南大红山铁矿由于露天采场的压矿限制,井下二期工程无法稳产至露天开采结束,压矿问题使矿山的开采无法实现顺利过渡。为研究矿山露天采场合理的压矿范围,通过相似材料模拟试验对大红山铁矿无底柱分段崩落法开采进行模拟。基于相似模拟试验过程中的模型岩层移动的变形情况、应力变化和位移变化数据,结合当前矿山现场数据进行综合分析,得到了矿山空区的冒落形式、露天采场最可能的破坏形式以及70°的压矿角度。根据70°压矿角重新划定露天采场合理的压矿界限,井下二期工程可以在安全的状况下多服务2 a,此时露天采场开采已结束,井下二期工程不再受露天采场的压矿限制,从而实现露天采场与井下开采的顺利过渡。研究结果为合理协调矿山开采、保障矿山安全提供了较好的理论依据,为类似露天地下联合开采的矿山提供了借鉴。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙场分布的时空耦合规律

以淮南矿区3个典型的深井工作面为工程背景,运用数值模拟、相似模型试验和现场监测的综合研究方法,对深部采场采动应力、覆岩运移以及裂隙分布的动态演化特征和时空耦合规律进行系统研究,相应探讨了采动应力场、覆岩位移场及顶板裂隙场的动态响应机制。研究发现:采动应力受开采进度影响明显,工作面见方前后20 m的范围为应力显著影响区,两者之间具有动力响应的瞬变演化特征。覆岩运移具有很强的时空观,同一层位的岩层随推进时步增加垂直位移近似成"Z"字型分布。顶板塑性区的破坏范围与推进度保持同步协调关系,扩展空间由下及上,破坏深度由表及里,影响时间由短变长。顶板破断具有瞬时突变、分段延伸和分区迁移的时空特点,覆岩裂隙场经历了卸压失稳、张裂破坏、萎缩变小、拟合封闭的时空演变过程。现场监测获得了推进时间与覆岩破坏的采动响应模式,研究结论为深部煤岩动力灾害的防控提供理论参考。     

基于多因素正交设计法采场结构参数数值模拟研究

以某铜矿V#矿体为例,采用多因素正交设计法对采场结构参数进行了有限差分数值模拟研究,得到位移、应力和塑性区分布情况的多个指标。通过比对法求得多指标模糊权重值,从而得到位移、应力综合评价指标来对采场稳定性进行分析评价,最终确定合理的采场结构参数。对类似矿山问题以及其他领域的多因素、多水平和多指标问题有重要的参考价值,对矿山安全生产起到科学的指导作用。