新城金矿竖井保安矿柱的三维圈定与模拟回采

竖井周边矿体的开采对竖井的稳定性有重要影响。新城金矿Ⅺ#矿体在主竖井下部,首先应用三维软件圈定了竖井保安矿柱并统计压矿量。统计结果显示,依据规范圈定的竖井保安矿柱导致Ⅺ#矿体大部分资源不能被回采。针对这一问题,在Ⅺ#矿体与竖井三维模型的基础上,建立了FLAC3D数值计算模型,并按2种方案进行了模拟回采。数值模拟结果表明:Ⅺ#矿体保安矿柱内部矿石回采具有可行性,回采造成的塑性区主要集中在采空区周围以及充填体内部;回采将导致竖井底部变形较大、应力集中较突出,是关注的重点区域。研究结果为竖井周边矿体的开采提供了理论指导,具有重要的实践意义。     

新城金矿Ⅴ#矿体-680m中段踏步式回采研究

回采顺序的合理选择有助于地下金属矿山控制地压活动、改善回采条件以及提高经济效益.新城金矿Ⅴ#矿体采用上向水平分层充填法回采,采场垂直矿体走向布置并按照“隔一采一”顺序分为一步回采和二步回采,这种回采顺序导致二步采场两侧均为充填体支撑,顶板条件较差.本研究以新城金矿Ⅴ#矿体-680 m中段为研究对象,基于原有的“隔一采一”回采顺序提出“踏步式回采”方案,通过FLAC3D软件模拟分析、比较2种方案对采场岩体稳定性的影响.数值模拟结果表明,无论采用“隔一采一”还是“踏步式回采”方案,在两侧为充填体支撑的情况下,中间矿体的回采条件均较差,但相比而言,“踏步式回采”在控制顶板变形、避免产生大范围塑性区方面优于“隔一采一”方案.本研究成果对类似矿山的矿体回采设计有重要的借鉴意义.     

基于水平构造应力比圈定新城金矿竖井保安矿柱初探

在以往的竖井保安矿柱圈定过程中,岩层移动角是主要的考虑因素,地应力条件则通常不被重视。而对于水平构造应力显著的矿山,在回采扰动下竖井周边易形成应力集中区,不利于竖井稳定。新城金矿水平构造应力突出,为了在圈定竖井保安矿柱时考虑水平构造应力作用,建立了竖井周边采矿的概念模型,模拟在不同水平应力条件下开采对竖井围岩变形及应力的影响。研究表明:当采空区位于竖井的最大主应力方向上时,回采具有显著的卸压作用,可以减小水平构造应力对竖井的影响,变形场主要集中于采空区周边,且竖井围岩也向采空区挤压变形;在竖井的最小主应力方向回采矿体则会加剧竖井处的应力集中,竖井围岩呈现出整体向井筒内部加剧挤压变形的趋势。在此基础上,建立了新城金矿竖井与矿体的大尺度数值计算模型,对比分析了圆形保安矿柱方案与根据水平应力比圈定的椭圆形保安矿柱方案,结果表明:针对新城金矿的地应力及矿体条件,目前保留100 m的竖井保安矿柱为较优方案。     

新城金矿V~#矿体-680m中段踏步式回采研究

回采顺序的合理选择有助于地下金属矿山控制地压活动、改善回采条件以及提高经济效益。新城金矿V#矿体采用上向水平分层充填法回采,采场垂直矿体走向布置并按照"隔一采一"顺序分为一步回采和二步回采,这种回采顺序导致二步采场两侧均为充填体支撑,顶板条件较差。本研究以新城金矿V#矿体-680 m中段为研究对象,基于原有的"隔一采一"回采顺序提出"踏步式回采"方案,通过FLAC3D软件模拟分析、比较2种方案对采场岩体稳定性的影响。数值模拟结果表明,无论采用"隔一采一"还是"踏步式回采"方案,在两侧为充填体支撑的情况下,中间矿体的回采条件均较差,但相比而言,"踏步式回采"在控制顶板变形、避免产生大范围塑性区方面优于"隔一采一"方案。本研究成果对类似矿山的矿体回采设计有重要的借鉴意义。     

岩石力学数值模拟方法用于采矿工程的技术经济探讨与教学实践

结合采矿工程特点以及岩石力学数值模拟方法的发展现状,分别从技术、经济与人才培养三个方面对数值模拟方法在采矿工程中的应用问题展开探讨。采矿工程在力学背景、工程稳定性要求及价值目标等方面均有别于其他岩石工程,这对其选择何种方法解决生产过程中遇到的岩石力学问题有显著影响,突出表现为成本的敏感性。由于模型误差、参数选择误差和监测数据反演误差等系统性误差的客观存在性,这导致数值模拟方法在预测岩石力学问题的精确度(可靠性)方面存在着发展的"上限"。而采矿工程中的岩石力学问题对计算及预测精确度的需求存在"下限",因此,只要保证数值模拟方法预测的精确度"上限"达到采矿工程需要的"下限"即是其成功的应用。岩石力学数值模拟方法预测的精确度与成本投入之间存在一定的正相关关系,机会成本及决策风险控制因素对矿山企业应用岩石力学数值模拟方法的效果有重要影响。此外,高等院校在采矿工程人才培养方面加强岩石力学教育,为矿山企业输送具有较高岩石力学素质的采矿工程师,将是引领矿业技术进步的重要组成部分。     

开卸压槽防治岩爆的数值模拟研究

随着人类岩石工程逐渐向深部发展,高地应力导致的岩爆灾害日益凸显,而开卸压槽或是主动降低围岩高地应力、防治岩爆的有效措施之一。为研究开卸压槽对岩爆的防治效果,本文利用离散元数值模拟方法对巷道中不同开槽卸压方案进行了对比分析。研究结果表明：开挖后的巷道围岩环向应力增大、易发生岩爆,在围岩中开槽可在卸压槽周围形成三角形的应力降低区,并将高应力区转移到卸压槽底部,从而达到防治岩爆的效果。但开槽卸压的效果会受其具体位置影响,且在地应力较高（≥50MPa）时,单独开卸压槽会造成局部围岩破碎,破坏围岩的完整性、进而诱发岩爆。此外,水平侧压力系数较小时,在不同位置开槽释放的弹性应变能近似相等,水平侧压力系数较大时,在巷道顶板处开槽能量释放效果要优于巷道侧帮开槽。因此,在实际工程中,应根据巷道围岩的地应力条件（地应力大小、侧压力系数等）和围岩稳固性选择合适的开槽方式、开槽位置和支护方式来防治岩爆。     

大孤山露天矿边坡亿级自由度建模与基于RFPA3D的数值模拟#br#

为了提高数值模拟在露天矿岩石工程大规模计算分析中的准确性,精细化建模与大规模计算是其重要的实现途径。以大孤山露天铁矿为例,构建了亿级自由度精细化网格模型,并基于RFPA3D-Parallel数值模拟软件的高效并行求解迭代计算方法,模拟了大孤山露天矿西北帮楔形体滑坡的孕育、形成过程。数值模拟结果表明,大孤山露天矿边坡稳定性的主要威胁为F14断层带与F15断层带之间的楔形岩体,且楔形体的损伤具有自上而下的发展演化特征,这一数值模拟结果对现场滑坡监测预警及防控治理具有重要的指导意义。     

不同含水状态砂岩分级加载蠕变变形特性研究

针对矿山开采过程中矿柱在长期地应力作用下发生的蠕变破坏受其含水状态影响的问题,利用岩石蠕变-冲击试验机,开展了干燥、饱水和浸水状态下的砂岩分级加载蠕变试验。超声波特性能够反映岩石 内部结构和力学特性,因此基于超声波测试分析含水岩石蠕变过程中的声学特性,探索水对岩石力学特性弱化作用机理;研究含水状态对岩石蠕变破坏特性的影响,揭示含水矿柱蠕变破坏前兆和时间规律。基于干燥 和饱水砂岩分级加载蠕变过程超声波测试,讨论了加载过程中超声波波速、主频和幅值的变化规律。结果表明：随着应力水平增加,干燥和饱水砂岩的主频及幅值都在降低,出现“频率漂移”现象,砂岩饱水后表现 出低通滤波特性;与干燥状态下的砂岩相比,饱水状态使其损伤量增大。初始含水状态影响蠕变变形量和变形速率,浸水砂岩和饱水砂岩破坏的时间和应力水平低于干燥试样;试样破坏前都有蠕变应变从缓慢增大到 急剧增大的一个拐点,蠕变应变过了拐点后0.5 h之内试样破坏。干燥、浸水和饱水岩石蠕变破坏模式分别为X型破坏、整体破碎为多块和沿轴向张拉破坏。     

岩石结构面的浸水剪切蠕变特性及本构模型研究

针对浸水与自然状态下砂岩硬性结构面开展了分级加载剪切蠕变试验,试验通过单轴压缩形式实现结构面法向应力与切向应力的等比例加载。试验结果表明:在岩石结构面发生加速蠕变之前,分级加载的瞬时变形存在着随加载应力逐渐减小的趋势。基于 Norton-Bailey 模型与 Kachanov 损伤模型提出了一个新的考虑结构面粗糙度、浸水条件、剪应力与压应力之比等因素的改进 Norton-Bailey 蠕变剪切模型。 根据砂岩结构面剪切蠕变试验数据,分别拟合了浸水与自然状态下砂岩结构面蠕变剪切模型的参数。分析结果表明:所建立的改进 Norton-Bailey 蠕变剪切模型对于结构面的剪切蠕变结果具有较好的拟合效果,并可以反映结构面浸水弱化作用的影响。     

阿尔哈达铅锌矿728 m中段采空区顶柱回收方案研究

针对阿尔哈达铅锌矿728 m中段采空区下方回收顶柱存在的技术及安全问题,提出了中深孔崩落法采矿方法,介绍了顶柱回收方案的采场结构、采切工程、回采工艺等技术参数,确定在采场两翼掘凿切割天井,两翼后退式落矿的顶柱回收方案。采用FLAC3D软件分析顶柱及上下盘在回采过程中应力、位移及塑性区变化规律。数值计算结果表明所提出的顶柱回收方案是合理的,为顶柱回采提供了理论依据,具有重要的实践意义。