Orthogonal design and numerical simulation of room and pillar configurations in fractured stopes

Room and pillar sizes are key factors for safe mining and ore recovery in open-stope mining. To investigate the influence of room and pillar configurations on stope stability in highly fractured and weakened areas, an orthogonal design with two factors, three levels and nine runs was proposed, followed by three-dimensional numerical simulation using ANSYS and FLAC3~. Results show that surface settlement after excavation is concentrically ringed, and increases with the decrease of pillar width and distances to stope gobs. In the meantime, the ore-control fault at the ore-rock boundary and the fractured argillaceous dolomite with intercalated slate at the hanging wall deteriorate the roof settlement. Additionally, stope stability is challenged due to pillar rheological yield and stress concentration, and both are induced by redistribution of stress and plastic zones after mining. Following an objective function and a constraint function, room and pillar configuration with widths of 14 m and 16 m, respectively, is presented as the optimization for improving the ore recovery rate while maintaining a safe working environment.     

九顶山铜钼矿软岩巷道锚喷网支护研究

针对九顶山铜钼矿矿体松散破碎、自稳能力差及需大量支护等特点,优选锚喷网支护方式对岩体进行加固;确定了树脂锚杆、基于32.5级普通硅酸盐水泥所制混凝土与Q235钢筋网联合支护巷道;设计了锚喷网支护形式并规定了施工工艺技术,并在五中段二盘二穿2P213测点附近进行了工业试验;为检测支护效果,进行了巷道收敛变形监测,前60天,巷道变形由约7mm加速降低至约3mm;60天后巷道变形趋缓,并在100天后逐渐降低至0.1mm并保持基本不变;水平收敛值大于顶板;结果表明:锚喷网支护能够有效控制巷道移动变形,提高岩体整体性及稳定性,增强井下工人安全性。     

锗废渣作为水泥掺和料活性激发机理研究

锗废渣作为矿产资源开发利用过程中的固体废弃物,长期堆存不仅造成资源浪费,而且严重影响周边环境。对锗废渣的物化性质进行了研究,结果表明,锗废渣可以作为水泥掺和料,Na2CO3、AlCl3·6H2O、Ca(OH)2、NaAlO2均可以作为激发剂,增强试件的抗压强度,其中,NaAlO2的化学激发效果最佳,NaAlO2是通过与水化产物Ca(OH)2反应生成八面体[Al(OH)6]2-,与石膏在碱性环境中生成钙矾石,增强试件强度。     

基于絮凝沉降实验的膏体充填参数优化

为解决拜什塔木铜矿因尾砂含泥量高而导致的沉降脱水效果差及膏体输送阻力大等问题,基于絮凝沉降实验确定了适用于该矿的全尾砂膏体充填参数。首先,利用拜什塔木铜矿全尾砂与不同絮凝剂开展了尾砂絮凝实验,优选了最为适合该矿的絮凝剂;然后,根据选定的絮凝剂开展了不同单耗条件下的尾砂沉降规律研究;最后,基于确定的最佳絮凝剂单耗,采用自制的深锥实验装置开展了室内动态沉降与压密取样实验。研究结果表明:絮凝剂可以明显提高全尾砂沉降效果,以沉降速度为判据,Magnafloc5250絮凝剂的絮凝效果最优,且在该絮凝剂掺量为25g·t~(-1)时其技术经济效益最佳;从动态压密、底流取样两个角度对底流浓度进行了研究,确定浓密机最佳底流浓度为70%~71%。     

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。     

寒冷期湿喷混凝土温度影响效应与纤维掺量优化

为解决金英金矿寒冷期湿喷支护效果不佳的问题,对其性能影响因素进行了分析,认为低温与不合理的纤维掺量是主要问题所在。对养护温度分别为0,6,13,20 ℃的不同龄期混凝土试块进行了强度测试及表面特征电镜扫描(SEM)分析,并通过混凝土水化反应过程对上述分析进行了解释;基于圆盘测试试验（RDP试验）,对不同类型与掺量的合成纤维混凝土圆盘试件荷载 挠度 能量曲线进行分析,优选出了能够满足该矿地下巷道支护要求的纤维;针对温度影响试验及RDP试验结果,在现场进行了应用研究。结果表明:在将井下温度控制在10 ℃以上且向混凝土中添加6 kg·m^-3的C类纤维情况下,湿喷支护后混凝土回弹率明显降低,巷道准入作业时间大幅缩短且湿喷混凝土的单轴抗压强度平均值可达30 MPa,完全满足金英金矿的支护要求。     

软破采场膏体充填假顶设计及稳定性分析*

为保证软弱破碎顶板岩体下安全、高效、低贫损开采,设计了一种膏体充填假顶以替代原空区顶板的方法。首先,分析了膏体假顶的受力分布情况与强度要求 ;然后,利用正交设计开展了不同配合比下的膏体强度测试实验 ;再次,对膏体假顶进行了设计并以经济配筋率为计算依据,确定了膏体假顶的钢筋布置形式 ;最后,利用 ABAQUS 有限元法对膏体人工假顶进行了稳定性研究。结果表明 ：以推荐的充填参数构筑膏体假顶,其 28d 充填体强度可达到 6.98 MPa,能够满足膏体人工假顶强度要求。此外,根据设计的结构参数与12′14@250 钢筋布置形式构筑膏体假顶,经理论计算与数值模拟分析,其不会发生突变失稳破坏。根据国家建筑物保护等级规范,该方案的安全等级为二级,完全能够满足矿山安全开采要求。     

超细水泥注浆溶液配比优化及扩散规律研究

某铜矿节理裂隙发育,矿体围岩极其破碎,需大量加固支护,优选超细水泥注浆工艺,采用正交设计试验方案,针对不同水灰比(W/C)及水泥浆/水玻璃体积比(C/S)开展了配合比优化室内试验和理论研究,提出满足注浆强度要求的最佳水灰比(W/C)、水泥浆/水玻璃体积比(C/S),并基于推荐注浆溶液配合比进行现场注浆试验,确定了注浆压力及扩散半径等参数,建成了注浆工艺系统。现场工业应用表明:按照推荐注浆材料配比及工艺施工,炮孔成孔率提高25%,采场顶板允许暴露面积增大了110 m2,采场中矿石滞留量减少了约10%,矿石回收率提高了23.3%,实现了加固矿体,提高炮孔成孔率,增大矿石回收率的目标。     

急倾斜矿体矿房安全跨度与自稳时间研究

新疆拜什塔木铜矿矿体破碎,节理裂隙较为发育,由于其自身原因与采矿方法技术参数运用不当,造成矿山生产过程中矿房垮塌,巷道变形严重等问题;为解决此种问题,在现场展开了工程地质调查;通过结构面产状调查与岩体取芯测RQD,结合矿房安全跨度理论得出该矿体的安全跨度约为4m;通过RMR岩体评价得出其值为43,岩体质量为一般,采用目前的采矿方案与技术参数,采空区稳定时间为1~3d,难以保证矿石回采率与出矿安全性,故应对现有采矿方法进行优化。     

软弱破碎矿体化学注浆浅孔留矿法试验研究

汤丹铜矿矿体开采技术条件极为苛刻,矿体及围岩松散、破碎、含泥量高、自稳能力差,造成采矿过程中凿岩成孔率低、放矿困难、贫损高、生产能力差等诸多困难。通过对不同注浆的方法对比、理论计算、类比分析,确定采用裂隙化学注浆方案;通过化学浆液注入矿体及上盘部分围岩裂隙中,将松散的岩体黏结为一个整体,从而改善工程岩体的力学特性、完整性,提高炮孔成孔率及各项采矿指标;采用力学计算、室内实验及ANSYS与FLAC3D数值模拟,通过9种方案对比,得出顶柱15 m、矿柱16 m、矿房12 m为最佳设计方案。现场工业试验结果表明:裂隙高压化学注浆浅孔留矿法可以增强矿岩稳定性,提高采场安全系数,增加存窿矿石流动性,降低贫损指标,实现软弱破碎矿体的安全高效开采。