自然崩落法一体化放矿优化控制与智能化管理系统研制

为实现新时期自然崩落法科学合理的放矿控制和管理,使用C++编程语言和hoops可视化工具包研制了自然崩落法一体化放矿优化控制和智能化管理系统。系统构建步骤如下：（1）分析自然崩落法放矿优化控制与智能化管理系统的业务需求,从而确定系统的软件需求;（2）提出该系统层次式平台+插件的软件体系结构,并采用程序插件作为系统的插件类型,设计了插件接口;（3）分析放矿过程涉及数据的特点,确定了自然崩落法放矿数据模型设计的基本要求和数据管理的方式,设计了系统的数据结构,选用SQLite数据库来存储和管理数据;（4）根据需求设计了系统的功能结构,开发了一套以矿岩流动模拟分析和资源模型数据为基础,以资源开采经济评价、放矿计划优化编制及放矿生产过程智能化管理为核心的集成化软硬件应用系统,实现了从数据流、业务流到管理流程的无缝衔接和高度集成。矿山应用实例表明,该系统可以满足自然崩落法矿山企业对放矿控制与智能化管理系统的实际需求,具有较好的应用前景。     

基于PFC3D的无底柱采场结构参数优化研究

高分段大间距结构参数是无底柱分段崩落法的发展趋势,结合某铁矿矿体赋存状况及生产条件,对影响无底柱分段崩落法的分段高度、进路间距及崩矿步距三个重要因素进行正交设计,运用PFC3D数值模拟软件,对确定的9组不同的结构参数模型进行放矿模拟。由试验结果可知分段高度14m,进路间距16m,崩矿步距3m的采场结构参数最优。     

基于FLAC3D的矿山开采地质变化情况分析

FLAC3D作为进行三维数值分析的软件,因其效率高、适用范围广泛而在分析岩体的力学性质方面有极广的应用。FLAC3D模型数据库包含了每个块体的质心坐标、尺寸和矿物类型,而FLAC的数据库文是记录每个长方体网格的8个节点和尺寸,因此要完成FLAC的仿真计算,首先要完成数据库的转换。我们将三维建模与FLAC3D软件在数值计算方面的优势结合起来,使数值模拟更符合实际情况,提高了其模拟的可靠性。利用3DMine自带的"输出FLAC3D模型"功能可直接快速完成数据库的转换工作。这个功能极大的减少了建模的工作量和难度。本文主要概括其基本原理及建模相关内容,并简述其在矿山开采地质情况分析方面的应用。     

基于Monte-Carlo模拟的矿岩可崩性评价

矿岩可崩性是判别矿山能否采用自然崩落法采矿的重要参数,通过对Monte-Carlo模拟技术原理的分析,研究节理面空间块度分布的特征,经合理选取优势节理组,对影响可崩性评价的参数进行定量分析,建立矿岩块度三维模型,利用Makeblock软件系统对矿岩进行可崩性评价。利用上述方法对金川Ⅲ矿区进行可崩性评价,评价结果表明崩落块度体积在0.1~1.4 m3之间,其中体积小于0.4 m3的块体占85.5%,矿体采用自然崩落法进行开采的效果很好。同时,为证明Monte-Carlo模拟法的可靠性,采用劳布施尔法对金川Ⅲ矿区的矿岩可崩性进行分析,结果表明,运用Monte-Carlo模拟法对矿岩可崩性评价是可靠的。     

用于FLAC~(3D)力学分析的矿床块段模型优化建模技术研究

FLAC3D主要是模拟计算地质材料和岩土工程的力学行为,可以对矿山开采中产生的空区及地表移动问题进行数值模拟,并进行稳定性分析。但对于复杂的工程和地质条件,FLAC3D本身的前处理能力不强,建立的模型不能准确反映实际情况,要做大量简化。因此,本文探讨依据FLAC3D网格划分的原则和三维矿床软件SURPAC构建块段模型的方法,对用于力学分析的块段模型构建的步骤、原则等进行研究,使建立的模型得到优化,使其能够直接作为FLAC3D分析的前处理模型进行模拟计算,并结合弹性力学的原理验证了其正确性,同时用优化后的前处理模型结合云南某铜矿的实际进行力学分析,验证了该方法的可行性和准确性。     

节理岩体矿岩块度三维模拟研究

为实现矿岩块度预测的三维可视化模拟,根据岩体内节理面倾向、倾角和节理间距等几何参数的分布规律,采用Boost Random库实现节理面Monte Carlo随机模拟,从而建立原始块度预测的节理素描文件,然后引入崩落块度修正系数计算崩落块度预测的节理素描文件。根据节理素描文件数据计算三维节理面网络,逐个取出节理面平面,对模拟范围的长方体模型进行切割,建立块度三维模型。利用块度三维模型分别计算块体的容积系数和共线性值,对块体进行形状分类。结合VTK库和HOOPS 3D实现上述算法,以普朗铜矿自然崩落法为例对首采区原始块度进行预测：块体体积的四分位点分别为0.164,0.403,0.853 m3,块体等效尺寸在0.5～3.0 m区间时块体占较大的体积百分比;同时,根据块体等效尺寸分布曲线得到放矿口的尺寸应大于5 m×5 m。研究结果表明：该方法能够根据现场节理面调查结果模拟岩体内节理分布,进而利用矿岩块度三维模型实现矿岩块度的预测和统计分析,为自然崩落法开采研究提供了重要依据。     

大新锰矿复杂空区群三维数值模型构建方法及胶结充填治理研究

矿山岩土工程数值分析中研究复杂空区群三维数值模型构建方法对空区治理具有现实意义。为精确分析矿山地下工程围岩移动和应力变化规律，特别是不同采矿方法形成的复杂空区的稳定性和矿柱应力变化，提出了3DMine-Surfer-Rhino-ANSYS-FLAC3D多软件联合建模方法，解决了复杂空区群三维数值模型构建和大数量小尺寸矿房矿柱网格剖分问题。以广西大新锰矿矿体开采为案例，构建了留矿法与房柱法形成的采空区的三维数值模型，模拟分析空区的稳定性和决策胶结充填治理方案。研究结果表明：（1）大新锰矿留矿法开采的空区部分顶柱有垮落风险；（2）房柱法开采的空区部分矿柱变形大，有塑性破坏；（3）对于胶结充填留矿法的空区，隔一充一充填方案治理效果更好，在治理初期地表沉降更小。     

工作面放顶采煤工艺参数的优化

针对综合机械化放顶开采技术回采率低的问题,以同煤某矿工作面为研究对象,基于PFC2D数值模拟软件对不同开采方向、放煤步距以及采高采煤工艺参数下的采出率及含矸率进行了对比分析。     

坚硬顶板综采工作面矿压研究与控制

根据煤矿实际开采过程中遇到的坚硬顶板问题,详细地分析了坚硬顶板综合机械化采煤工作面的矿压现状,同时利用FLAC3D数值模拟软件对坚硬顶板和爆破处理后顶板的应力进行了数值模拟分析,并判断了不同推进距离顶板的破坏方式,在理论的支持上,将超前预爆破处理坚硬顶板技术运用到实际的坚硬顶板处理问题上,取得了良好的效果,为实际工程提供了重要的理论和参数。     

切顶卸压护巷技术在斜沟矿的应用实践研究

针对斜沟矿区厚煤层复合坚硬顶板条件下,综放工作面邻空巷道超前支护段矿压显现强烈,并间歇性出现动力冲击现象问题。以斜沟矿23111工作面巷道为研究对象,采用FLAC 3D数值模拟对该工作面切顶卸压的效果进行分析,并对切顶卸压前后的巷道两帮移近量和顶板底板移近量进行对比分析,通过现场实测证明切顶卸压的效果。     

无底柱分段崩落采矿法回采方式对进路应力影响的模拟分析

以夏甸金矿无底柱分段崩落采矿法回采方式调整为工程背景,运用FLAC3D数值模拟分析软件,从应力变化规律、塑性破坏区变化特点和位移场分布特征等多个方面,对不同回采方式的采场地压变化规律进行数值模拟对比研究。研究发现无底柱分段崩落采矿法在回采过程中垂直应力集中区域出现在回采进路两帮的岩体中,水平应力集中区域出现在回采进路的顶底板中。当采用双翼阶梯式回采时,回采进路中应力分布较为均匀,总体应力较小,是最为合适的采矿方法。     

露天地下联合开采矿山三维矿业软件应用技术研究

三维矿业软件作为提升矿业企业的技术与生产管理水平的重要手段,已经成为矿山企业界共同关注的重要课题。三维矿业软件的开发已经取得了较大的成绩,但是在实际生产的应用上,三维矿业软件还有很多值得研究和探讨的问题。文章以一露天和地下联合开采矿山的应用研究实例为主线,展开对三维矿业软件应用问题的探讨,分析三维矿业软件应用中的技术方法,重点分析矿山模型创建,露天矿山及地下矿山应用技术和应用管理规范的建立等问题,通过对应用研究过程中取得的成果及应用中存在问题的分析,为三维矿业软件的应用提供了较为有效的范例。     

分段崩落法回采顺序对进路受力状态影响分析

某金矿主要开采 7-2# 矿脉,矿体及围岩节理裂隙发育,且矿体赋存深度超过 500m,在较大地应力条件下围岩受采动影响极易冒落。该矿浅部资源采用干式嗣后充填采矿法时岩层不易控制,且留设矿柱造成高品位矿石损失率较高,冒落的围岩混入矿石中使贫化率居高不下。为解决上述问题,在开采深部资源时变更为进路式无底柱分段崩落法开采,而不同进路的回采顺序对与之相邻的回采进路受力状态影响较大,为提高进路内凿岩、出矿作业的安全性,需深入分析回采顺序与进路稳定性之间的关系。结合实际,本文提出了 5 种进路回采顺序,并通过 FLAC3D 数值模拟对各回采顺序条件下进路的受力进行了分析,结果表明采用双翼阶梯式回采方式,进路周边围岩应力分布较为均匀,回采进路一定时期内能够保持稳定,可大幅提高进路内作业安全性。     

大型复杂采空区群的稳定性数值分析及隐患区域预测

大型采空区灾害存在突发性与破坏范围大等特点,如何对采空区灾害进行有效的预防和控制是采空区隐患治理的重要工作。以某矿山为背景,利用井下无人机三维激光扫描系统对采空区进行精细探测,并利用Geomagic对模型进行优化,然后利用FLAC3D进行采空区稳定性分析,确定了大型复杂采空区的隐患区域;将圈定的隐患区域与现场采空区实际冒落情况进行对比,验证了采空区空间结构演化结果与数值分析结果相吻合,证实了该数值分析方法的可靠性。最后基于采空区三维激光扫描结果,再次对采空区进行数值分析,重新圈定采空区的隐患区域。研究结果为矿山采空区安全隐患识别和治理措施的制定提供了科学依据。     

固体矿产资源储量半自动化估算方法

三维矿业软件主要通过人机交互的操作方式进行资源储量估算工作,存在操作步骤繁多、易出差错和估算时间长等缺点。在结合Surpac三维矿业软件编制资源量估算报告的基础上,提出了利用Surpac软件二次开发技术编制功能,建立了固体矿产资源储量半自动化估算方法。通过设计符合《固体矿产资源储量估算规程》要求的三维矿体资源储量估算技术流程,利用Surpac软件二次开发的TCL/SCL脚本技术,在Surpac软件基础上开发系列功能执行流程操作。研究表明：除了剖面解译、实体建模和变异函数需要人机交互外,其他所有操作均可利用开发的功能进行自动化处理,使资源储量估算工作整体上达到半自动化程度。将本文提出的方法应用于内蒙古自治区阿鲁科尔沁旗巴彦包勒格银多金属矿资源量估算过程中,并采用地质块段法对该矿床1号银矿体资源量进行估算验证,结果表明2种方法所得估算结果的相对偏差均在合理范围内。由此说明,本文提出的储量半自动化估算方法可靠可行,能够显著提高资源储量估算工作效率,创造了良好的经济效益。     

边坡复杂地质结构三维可视化及数值模型构建

地质模型的精确性是露天矿边坡稳定性数值分析可靠性的决定因素。针对地质体间相互交叉、穿切的复杂性和无规律性,研究了基于非均匀有理B样条NURBS（Non-Uniform Rational B-Spline）的自由曲面生成技术。以矿山普遍采用的二维地质勘探剖面图为基础数据,通过对其进行矢量化处理提取出岩土体边界离散点信息,建立起NURBS三维地质体分界曲面,据此以MIDAS软件为平台制定了边坡工程复杂地质结构三维可视化及数值模型构建方案,并选取江西城门山露天矿边坡工程进行了应用实践。结果表明,运用该技术构建复杂边坡地质体模型,方法简单可靠,可极大提高模型的精度和建模效率,不仅使复杂地质体得以形象再现,同时可为边坡稳定性分析提供可靠的有限元数值计算模型。     

基于PFC2D-DFN的自然崩落法数值模拟研究

采用二维颗粒流软件PFC2D构建矿山模型，引入符合矿山实际节理产状的DFN网络，基于室内岩石试验及矿山实际崩落情况，标定模拟所用细观参数。以某工程应用为实例，模拟分析崩落破坏机理与崩落区演化趋势。结果表明：裂纹发起于推进面与顶板交界处，在拱形区域内密集扩展、贯通，矿岩破裂以节理拉伸破坏为主，矿堆以岩石剪切破坏为主；崩落区前期呈拱形演化，崩透地表后引起邻近高陡边坡滑动；部分拉底仅造成新开挖顶板上方局部崩落。该研究结果可对矿山崩落采矿起到指导作用。     

矿井巷道三维系统图在3DMine中的设计与实现

矿业软件是实现矿山信息化,提高勘探、设计、生产、管理效率的必要手段。将3DMine矿业软件技术应用于绘制矿井通风图是一项新技术。文中以实例说明该软件在矿井巷道三维系统设计方面的优点,概述了在3DMine平台下绘制矿井通风系统立体图的原理和方法。3DMine软件运用三维可视化建模技术所建立的模型极大完善了采矿设计工作,提高了生产管理水平和工作效率。     

矿山地质工程的三维可视化开采技术研究

相对于三维可视化开采技术传统的地质工程数据及资料所采用的纸质文件或CAD制图方式这一类归属于二维平面的方式有着储存难度大、调用数据效率低、缺乏立体效果等缺点。由于信息化的发展以及计算机技术的应用成熟,三维可视化开采技术也应运而生、不断发展。三维可视化数据库形式,对收集信息进行整理分析,设立三维开采技术模型,为矿山开采提供技术支持。     

某钼钨矿夹石剔除方式的探讨

某特大型钼钨矿对于极大厚矿体采用自然崩落法开采,厚度较小的采用无底柱分段崩落法,在开采过程中受到夹石的影响矿石损失贫化大。针对无底柱分段崩落法在开采含夹层矿体存在的问题,给出了在单步距回采矿石时夹石可剔除厚度计算方法;通过精确控制放矿比例和放矿截止品位相结合来确定剔除夹石的方式。应用该方法,可提高矿山采出品位,使矿石贫化率下降了1%左右。研究成果拓宽了无底柱分段崩落法的适用范围,为同类地质条件的矿山开采提供了借鉴。