多层矿协同开采顶板稳定性研究

针对多层矿矿体赋存重叠,上下开采重复扰动,岩层稳定逐层下降等问题,采用协同开采以减少多层 开采对顶板稳定性的影响。基于能量释放理论,计算采场顶板和侧帮的能量释放率,确定采场顶板失稳时能量释 放规律,通过面能量释放计算顶板极限跨距。通过组合岩梁和第 n 层岩层对第一层岩层的载荷,计算顶板极限跨 距,并与能量释放顶板极限跨距比较,判断顶板稳定性。同时,建立分层开采顶板梁模型和薄板模型,得到梁模型 顶板最大拉应力与分层厚度的关系,分析顶板岩层和相邻矿层厚度对顶板稳定性的影响;通过薄板模型建立多层 矿采场顶板挠度和应力解析式,揭示薄顶板的应力分布规律。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

多层矿协同开采顶板稳定性研究

针对多层矿矿体赋存重叠,上下开采重复扰动,岩层稳定逐层下降等问题,采用协同开采以减少多层 开采对顶板稳定性的影响。基于能量释放理论,计算采场顶板和侧帮的能量释放率,确定采场顶板失稳时能量释 放规律,通过面能量释放计算顶板极限跨距。通过组合岩梁和第 n 层岩层对第一层岩层的载荷,计算顶板极限跨 距,并与能量释放顶板极限跨距比较,判断顶板稳定性。同时,建立分层开采顶板梁模型和薄板模型,得到梁模型 顶板最大拉应力与分层厚度的关系,分析顶板岩层和相邻矿层厚度对顶板稳定性的影响;通过薄板模型建立多层 矿采场顶板挠度和应力解析式,揭示薄顶板的应力分布规律。     

分段空场崩落采矿法顶板稳定性分析

蜂子山铅锌矿ⅪV1主矿体上下盘围岩均不稳固,试验应用改进的分段空场崩落采矿法。采用三维有限元对其护顶矿层和隔离矿柱的稳定性进行模拟分析。通过比较4种方案的应力、安全率和塑性区分布,优选了合理的采场结构参数。研究结果表明:矿房回采时,护顶层厚度对顶板稳定性有显著影响,顶板稳定性随护顶层厚度增加而提高;采场跨度对顶板稳定性也有较大影响,随采场跨度增加而降低。选取适当的护顶层厚度和控制采场跨度可有效保证空场稳定性,论文研究成果可为实际采矿设计和岩层控制提供理论依据。     

Mathews图解法和Q系统分类法在苍山铁矿采场参数优化的应用

苍山铁矿矿区内褶皱及断层较发育,部分区域矿岩较破碎,给矿山生产带来安全问题。根据苍山铁矿主要矿体地质特征,利用Mathews图解法对采场顶板和上盘稳定性进行分析,基于Q系统分级进行无支护跨度计算。在确保采场顶板稳定的前提下,计算出采场的最大无支护跨度不宜超过13 m。当采场宽度为13 m时,采场最大长度不超过80 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性;当采场长度小于12 m时,采场最大长度不超过100 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性。根据计算结果,苍山铁矿采用了采场跨度为12 m,长度不超过100 m,最大顶板暴露面积不超过1 200 m2的采场布置方式。实际验证表明,采场顶板及上盘稳定性保持较好,未发生顶板冒落现象,采场生产能力和矿石回采率得到提高。     

某矿采场稳定性分析及结构参数优化

某矿为薄层状矿体,矿体之间存在以泥质粉砂岩为主的软弱夹层,采场稳定性较差,不利于矿山安全生产。课题组应用3D-σ软件对矿区采场建立三维模型,对2种开采方案、3种采场结构参数进行数值模拟,计算和分析采场回采过程中矿岩体的应力、位移、塑性区及安全率的分布状况,判断采场的稳定性。数值模拟计算结果表明：采场和中段之间均留2 m的连续间柱和顶柱是非常有必要的,抑制顶板变形破坏有明显的作用,但是仍然无法控制采场顶板的破坏;在采场内留2 m×2 m点柱的条件下,点柱间的矿块跨度控制在6 m以内能保证顶板的稳定。通过安全率回归方程计算得出：在满足安全率大于1.15时,点柱间矿块的合理跨度应小于6.027 m。同时为提高采场矿石的回采率,综合考虑最终确定点柱间的矿块跨度为6 m,能达到安全与经济的有效平衡,研究成果为该矿山的安全生产提供理论性指导意义。     

基于FLAC3D的铜坑矿采场结构参数优化

以铜坑矿92#矿体的 T106试验采场为例,运用 FLAC3D实现了采场结构参数的优化模拟,获得了不同参数的力学响应规律.研究结果表明,为获得优化的采场结构力学响应,采场最优结构参数范围应该控制在顶板厚度为8.0~10.0 m,采场跨度为12.0~14.0m.并综合考虑增加采场跨度和减小顶板厚度的覆盖岩层下放矿损失贫化的控制技术,确定了最优的采场结构参数为:采场跨度14.0m,顶板厚度8.0m.     

厚大矿体分段空场嗣后充填采场结构参数优化研究

采用合理的采场结构参数是控制地压危害实现矿体安全高效开采的重要措施。针对吴庄铁矿岩体条件,采用FLAC3D三维有限差分分析软件对24种不同方案的采场围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,得出顶板拉应力是影响该矿采场稳定性的重要因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,绘出了采场跨度与顶板拉应力、采场长度与顶板拉应力关系曲线以及两者对顶板拉应力的联合影响曲面。在顶板厚度一定的情况下,采场顶板拉应力随着采场跨度的增大而增大,且增加幅度越来越大;随着采场长度增加顶板拉应力增加的幅度趋缓,特别是当采场长度增加到一定长度时,顶板拉应力趋于稳定。得到结论：采场稳定性不仅与顶板暴露面大小有关,暴露面形状对其影响也是至关重要的。优化采场顶板暴露面积形状是控制地压的重要手段之一,采用长条形顶板暴露面,能提高采场生产能力和保证回采的安全性。因此,对于该矿提出了“大盘区、小跨度”的设计理念。     

高峰矿105号矿体碎裂矿段采空区稳定性离散元分析

以高峰矿105号矿体高价值碎裂矿段为例, 按采空区规模、围岩条件和原岩应力场的差异, 选择了3种具有代表性的空区, 运用离散元程序对这些空区的稳定性进行计算分析。结果分析表明: 对于完全嵌入碎裂矿段种的空区, 塑性区分布均在空区顶板的左半部分, 矿柱上无塑性区; 小规模空区整体上稳定, 仅可能出现零星掉块现象; 中等规模空区顶板塑性区范围为7 m, 塑性带跨度大于1/2顶板长度, 但未连通, 不可能发生大规模的顶板冒落事故, 但有可能会出现松动岩块下落现象; 大规模空区顶板塑性区为20 m, 塑性区跨度大于1/2顶板长度, 塑性区已连通, 大规模顶板冒落事故不可避免。     

缓倾斜薄矿体采场顶板跨度及矿柱尺寸计算

采用房柱法开采缓倾斜薄矿体时,合理的顶板跨度和矿柱尺寸对矿山安全和持续生产至关重要。以大新锰矿为工程背景,分别采用经验公式、板理论及梁理论等对采场顶板跨度进行了计算与分析,推荐采场顶板跨度为8 m。在此基础上借助矿柱荷载理论,兼顾矿柱的几何形状、流变效应、尺寸及爆破破坏等影响因素,对矿柱进行了设计。结果表明:本研究推荐的采场顶板跨度和矿柱计算方法简便、可行,适用于缓倾斜层状薄矿体房柱法开采设计。     

基于改进梁模型的地下空区顶板安全厚度分析

针对天然水平应力程度对地下采空区的影响,以某地下矿山采空区为工程实例,将地下空区顶板视为改进梁模型,结合岩梁、结构力学和材料力学理论,以顶板岩层抗拉强度为控制条件,推导出地下空区不同跨度下顶板的安全厚度。研究结果表明,顶板安全厚度随空区跨度的增加而增大,近乎呈线性关系。低水平应力时随空区跨度增加对顶板厚度整体影响都较小;当采空区跨度较小时,不同水平应力程度对顶板安全厚度的影响可忽略不计;当空区跨度达到一定程度时,随空区跨度的增加改进梁模型计算的顶板安全厚度增加幅度变大。     

梨树沟铁矿多空区残矿安全回采技术研究

梨树沟铁矿南部采区为倾斜中厚矿体,应用浅孔留矿法开采,因矿体倾角变化大,矿房开采高度不一,形成了多个大小不等的小型采空区,有的空区已经发生冒落,多数空区处于亚稳定状态,空区内部与周围存留大量残矿,同时空区冒落威胁了下部矿体的开采安全。在分析空区顶板矿岩临界冒落跨度的基础上,本着诱导空区围岩安全冒落和保持残矿回采工作面与空区隔离的原则,提出了先崩落空区内矿柱释放空区顶板冒落能,再用分段空区、崩落与诱导冒落相结合的方法回采残矿的技术方案。该方案实施半年多来,采准工程施工与回采的安全条件良好,有效控制了顶板围岩的冒落形式,实现了小型多空区残矿的安全回收与空区危害的协同治理。     

铜坑矿采场顶板稳定性理论分析与工程应用

针对铜坑矿空场采矿法的采场结构和地压特点,运用弹性理论和经验公式对采场的顶板厚度进行了分析研究,获得了采场跨度与顶板厚度的理论关系。并结合铜坑矿采场的工程现状,利用各种跨度计算方法,确定出了12~18m跨度下顶板的安全厚度值分别为7.83,8.77,9.73,10.64m,为铜坑矿的安全生产和采场参数优化选择提供了科学理论依据。     

云南大红山铁矿Ⅰ#铜矿带深部回采工艺优化

调查分析了大红山铁矿Ⅰ#铜矿带矿岩强度、构造弱面及矿岩稳定性情况。针对目前该矿采用的点柱式上向分层充填法的多个生产环节均需在空场下作业的现状,对Ⅰ#铜矿带深部回采工艺进行了优化,即矿体厚大部分（厚度大于7 m）采用分段空场嗣后尾砂充填法开采;厚度中等矿体（厚度为4~7 m）采用点柱式上向分层充填法开采;矿体较薄部分（厚度小于4 m）采用条带式回采工艺,并适当降低采场跨度。上述工艺的应用,有助于确保该矿带安全开采,提高开采效率。     

中厚倾斜矿体卸压开采设计数值模拟研究

针对谦比西铜矿矿体与近矿围岩稳定性差,受地压影响严重,进路屡遭破坏等问题,应用2D-数值分析软件,对不同开挖方式下岩体应力场变化规律和分布特征、卸压过程的力学机制、采场结构的及参数优化进行了数值模拟研究。结果表明,沿脉布置1条进路,增大空区跨度和减小空区高度的采场结构方式可以实现卸压开采的目的。在谦比西铜矿矿体所具备的倾角厚度条件下,进路布置在距矿体下盘6 m处,回采后可使下分段进路处的垂向应力降低18%,能够满足卸压及经济效益2方面的要求。     

采场厚硬顶板破断失稳与能量聚散演化研究

针对采场厚硬顶板强矿压问题,在采场厚硬顶板采动失稳影响特征分析基础上,运用力学理论构建采场厚硬顶板采动承载力学模型,分析采场厚硬顶板采动承载状态及能量积聚演化发布规律,从能量转化角度分析采场厚硬顶板破断致积聚能量释放与强动压显现关系,推导出工作面液压支架动载响应估算方程,揭示厚硬顶板破断失稳强矿压显现影响特征。研究结果表明,1)厚硬顶板在破断失稳前处于覆岩承载状态和自身弹性势能积聚,在破断瞬间显现略高于重力作用的加速运动失稳,加之悬伸跨度较大,导致厚硬顶板条件工作面动压显现尤为强烈;2)悬伸跨度、上覆岩层荷载是厚硬顶板采动承载和能量聚散演化的关键影响因素,上覆岩层荷载、自身厚度和强度是厚硬顶板极限悬伸跨度的关键影响因素;3)在工作面液压支架动态阻力响应的力源构成中,厚硬顶板破断积聚能量释放所形成的动态阻力占比最高,上覆岩层荷载做功转化所形成的动态阻力占比次之;4)在工作面液压支架动态阻力响应的影响因素中,厚硬顶板的悬伸跨度、上覆岩层荷载起直接加剧影响,岩层厚度增加厚硬顶板极限悬伸跨度,进而间接加剧动态阻力响应,直接顶厚度可对动态阻力响应起缓冲降低作用,支架控顶距的加剧影响程度不明显。     

基于危险源理论对邹家山矿采场顶板事故影响因素分析

针对目前非煤矿山顶板冒落事故分析系统偏重于人为原因的问题,本文采用危险源理论,结合顶板事故发生机理,对邹家山矿采场顶板事故进行危险辨识。结果表明:顶板厚度、矿体厚度、矿体埋深、矿体倾角、抗压强度、断层以及空顶时间是影响邹家山顶板冒落事故的主要因素。     

缓倾斜多层矿体叠跨空区顶板应力分析

在缓倾斜多层矿体的开采过程中,往往会形成大量的采空区,且采空区在空间上呈错落分布。此时,叠跨空区顶板的重叠率和稳定性是影响采场稳定的关键性因素。根据梁模型理论和叠加原理,建立叠跨空区顶板应力力学模型,分析不同空区重叠率下叠跨空区顶板的应力分布规律,得出叠跨空区顶板稳定极限状态。以上横山矿区钒矿段为例,分析叠跨空区顶板应力分布随空区重叠率变化的关系。结果表明,当空区重叠率逐渐降低,叠跨空区顶板内的最大主应力值逐渐减小,最大剪应力值逐渐增大;当V8矿体与V11矿体的空区重叠率减小至40%～48%时,叠跨空区顶板发生剪切破坏而失稳。     

铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟

介绍了当前空区顶板安全厚度的研究现状,以齐大山铁矿为背景,利用FLAC3D和RFPA软件分别对地下隐伏采空区在载荷作用下的顶板稳定性进行分析,模拟了载荷作用下的顶板安全厚度与跨度之间的关系。计算结果显示:齐大山铁矿顶板的安全厚度与地下空区的跨度近似呈线性关系,实际工程中应以顶板最小厚度1.3倍的安全系数考虑。为推断齐大山铁矿顶板矿柱的安全性提供了理论指导。     

卡房锡矿247线矿体回采方案数值模拟

卡房锡矿多层矿体上下盘均为稳定性较差的花岗岩,夹层为稳定性较好的大理岩矿体,不同的开采方式对矿体稳定性影响较大。采用3D-σ软件对卡房13-2矿体247剖面矿体的进行了6种不同方案的采场结构参数及4种回采顺序的方案模拟研究分析,得出顶板及矿柱稳定性。结果表明,13-2矿体顶板为大理岩时,可以采用空场法开采,但是采场跨度应控制在12 m以内,且矿柱尺寸不小于6 m;对于247线矿体,建议首先开采与花岗岩接触的凹兜矿,充填后利用空场法开采顶板为大理岩的夹层矿石。结果为类似矿体的开采提供了理论基础,具有一定的参考价值。