石碌铁矿北一采区露天转地下开采沉陷机理研究

露天转地下开采过程伴随着强烈的岩体移动及变形特征,引发开采沉陷问题,是露天转地下矿山安全管理方面的重点研究内容。以海南石碌铁矿北一采区为研究对象,采用FLAC3D数值模拟方法,建立考虑开采扰动的露天转地下力学分析模型,分析不同开采阶段下采区围岩、边坡岩体及地表岩层的位移、应力分布特征,根据塑性区变化特征和现场地表塌陷现象,揭示露天转地下开采沉陷机理。研究表明：边坡岩体中最大拉应力区主要集中在采场回采区与坡顶区域,并随着开采深度增加持续扩展,这将降低岩体稳定性。开采扰动下北帮、西帮处的边坡整体位移值相对较小,南帮东部、东帮至小英山区域岩体位移值随着开采深度增加而显著增大,尤其在开采-90 m至-105 m时,位移值急剧增加。塑性区主要出现在回采区围岩和东帮上方坡面及其部分坡顶后方区域。回采区围岩的塌陷进一步引起了崩落区和变形区岩体位移,沿塑性区边缘形成采坑裂缝,小英山后方区域拉伸破坏进而形成地表拉伸型裂缝,坡脚沉陷及岩体裂隙发育造成东帮边坡滑坡。整体上看,露天转地下工况下开采沉陷表现出强烈的向坡体临空面方向的水平位移特征。     

柿竹园多金属矿露天-地下协同开采安全稳定性分析

为研究柿竹园多金属矿露天-地下同时开采的相互影响，根据矿山的实际生产情况，构建了矿山的地表模型、露天坑最终境界模型、矿体模型、塌陷区及采空区模型。为尽可能真实地反映矿山开采及覆岩的变形特征，按不同的回采高度和回采区域将矿山整体开采顺序从上到下划分为6个阶段。其中，第1至第5阶段为露天-地下联合开采，露天开采东、北部684 m以上以及西、南部612 m以上的矿体，与此同时，地下采用分段凿岩阶段空场法开采东部407～610 m、北部470～536 m的矿体，以无底柱分段崩落法回采西部530～610 m的矿体以及中部490 m以上的矿体；第6阶段为地下开采结束全部转为露天开采。通过数值模型得出了露天-地下协同开采期间，各开采阶段地表和采场产生的最大位移量、采场顶板产生的最大拉应力值以及最大压应力的位置和大小；并对露天开采时，井下采场、采空区顶板、边坡的位移和应力进行了监测和分析。结果表明，露天-地下协同开采期间，露天开采区形成的露天边坡和平台未出现明显的应力集中现象，露天边坡产生的位移、拉应力和剪应力值均较小，矿山露天及地下开采对最终边坡稳定性造成的影响较小，开采造成的位移和应力集中程度不会...     

露天采场多台阶滑坡机理与治理方案研究

为了研究露天采场边坡多台阶滑坡产生的机理,以某露天采场滑坡为研究背景,分析了滑坡产生原因、边坡破坏类型及产生机理,并通过数值模拟方法开展滑坡体稳定性分析.依据机理研究结果与相关规范,制定了滑坡治理方案.研究结果表明:采场滑坡主要由坡体岩石破碎、坡面角较陡、节理构造发育、坡体顶部排水不畅等多种原因造成;边坡破坏类型为垮塌 推移式滑坡破坏,是由于上部第一个台阶垮塌导致下部第二个台阶到第四个台阶滑移产生滑坡;数值模拟结果显示,滑坡体的安全系数小于许用安全系数,滑坡体处于不稳定状态;采用削坡减载治理方案,可以消除滑坡体的安全隐患.研究结果为矿山边坡滑坡治理设计与施工提供了依据,并取得良好效果.     

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,...     

地下采矿引起地表塌陷离散元PFC2D数值模拟研究

采用离散元PFC^2D建立了地质剖面颗粒流模型，研究了矿体开采过程中上覆岩层裂缝形成与发展过程，揭示上覆岩层逐渐垮塌崩落的机理。结果表明，随着矿体的开采，裂隙不断向上发展，裂隙数增加。开采矿体后形成的采空区造成了上覆岩层的拉裂-剪裂破坏，岩层中不断有新生裂缝产生。上覆岩层主要以拉裂缝发展为主，在拉裂缝发展区域两端产生部分剪破坏裂缝，在空区两端已经出现向上发展的裂缝集聚，是空区顶板逐渐垮塌崩落的征兆。开采第3分层和第4分层矿体后，出现了局部顶板垮塌现象，且垮塌崩落逐渐发展为整个采空区顶板垮塌，最终垮塌崩落至地表，在地表初步形成一个小塌陷坑。塌陷坑发展过程依据裂隙数可细分为平稳发展时期、缓慢发展时期、快速发展时期和结束发展时期，揭示了井下矿体开采致使上覆岩层拉裂-空区两端剪裂-整体垮塌崩落的形成机理。     

大红山铁矿露天——地下联合开采岩移发展规律研究

地下开采产生的地表移动会影响邻近露天采场边坡的稳定性。以大红山铁矿露天—地下联合开采为例,采用微震、地表开裂观测等多种方法进行岩移监测和数据分析,探究了地下开采引起的岩体移动与地表开裂规律。首先,对历史监测数据进行了整理和分析,包括地表塌陷和裂缝的发育情况。其次,针对地下开采过程中的围岩变形特点,开展微震数据分析,获取了岩体损伤破坏信息。同时,结合矿山地质资料,统计数据得出了陷落角的变化范围。结果表明:大红山铁矿露天—地下联合开采,岩体移动发展阶段可划分为:冒落及地表贯通的岩移阶段、陷落区充分发展的岩移阶段、F2断层影响的陷落角非对称发育阶段、废石充填与深部开采下的岩移阶段。西北部陷落角发育范围为75°～81°、东南部陷落角发育范围为65°～82°。研究可为类似地质及工程条件矿山岩移发展规律分析提供一定参考。     

凸型边坡露天境界外矿体开采稳定性研究

针对永平铜矿开采临近西部边坡矿体以维持矿山产量和延长矿山服务年限而导致边坡稳定性降低的问题,采用ANSYA软件对不同开采阶段进行数值模拟,研究各阶段采场开采对边坡和采空区稳定性的影响。模拟结果表明：开采同一阶段时,边坡稳定性和采场应力集中现象由南往北呈现先增加后减小的趋势,边坡和采场稳定性也相应变化;开采同一位置不同阶段的采场时,边坡部位应力相差较小,采场顶底板处应力集中范围和大位移分布范围随着开采高度的增加而减小;开采0,+50,+100和+150 m中段各采场时边坡和采空区未发生失稳大变形,可按设计进行开采。     

永平铜矿露天采场隔离层矿体开采数值模拟研究

以永平铜矿露天采场边坡及露天 地下联合开采隔离 层为研究对象,采用 CADＧRhinoＧFlac３D 软件耦合建模的 手 段,对坑底矿体开采进行数值模拟分析.基于数值模拟及边 坡稳定性计算结果,综合分析了－３８~－５０ m 矿体开采对 边坡及隔离层的影响.研究结果表明,该区域矿体开采会降 低边坡安全系数,使边坡处于欠稳状态;随着－３８~－５０m 矿体的开采,隔离层的塑性区面积逐渐增大超过屈服极限, 应力、位移数值增大,且边坡与隔离层表面出现拉应力.综 合考虑,认为该部分矿体开采存在较大安全隐患,建议保留 －３８~－５０m 标高段的矿体,不予开采.     

段村铝土矿煤窑沟露天采坑治理研究

段村铝土矿煤窑沟露天采坑北部边坡出现垮塌,已经影响到北部公路及井下开采作业。结合矿山周边环境,分析了边坡滑坡形成的原因及带来的安全影响,通过上部加固下部回填的治理措施,控制了边坡滑坡的趋势。     

露天地下楔形转接过渡诱导冒落控制边坡岩移危害技术研究

露天地下楔形转接过渡模式的安全管控是利用崩落法开采挂帮矿形成的塌陷坑阻止边坡岩移威胁露天采场,但地采扰动下的高陡边坡破坏过程不易控制,因而制约了楔形转接过渡模式在大型深凹露天矿山中的应用。针对上述问题,结合极限平衡分析方法,揭示出崩落法开采扰动下的高陡边坡渐进破坏规律,提出了边坡滑移体体积计算方法,以及通过调控回采顺序控制边坡滑移进程以实现塌陷坑完全承接边坡滑移体的边坡岩移危害控制技术。研究表明:边坡岩体不会随挂帮矿向下开采而发生持续破坏,只有当挂帮矿开采至关键分段时,边坡岩体受力状态超过极限平衡状态才发生滑移破坏,可通过滞后回采关键分段上盘三角矿延缓边坡滑移,以及通过滞后回采关键分段下盘矿体和采用下向阶梯状回采工作面增大塌陷坑容积,最终实现塌陷坑有序承接边坡滑移体。研究成果完善了大型深凹露天矿楔形转接过渡的安全管控方法,提高了楔形转接过渡模式的适用性。     

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。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

露井联采中采矿方法对露天边坡的稳定性分析研究

在露天矿露井联采阶段,地下开挖采矿方法的不合理选择可能会对露天边坡的稳定性造成扰动,以致出现边坡失稳、地面塌陷以及排土场滑塌等灾害事故,这就增加了对边坡以及排土场等的维护费用。为了减少地下开挖对边坡扰动的影响,结合某露天磷矿的工程背景,利用ANSYS有限元法进行数值模拟分析,通过对未开挖、上向水平分层充填法、空场法3种情况下对边坡和隔离带的影响分析,得出使用充填法进行地下开挖时,隔离层的变化较小,边坡局部有影响且可能发生破坏,则需对边坡加强防护措施。使用空场法时,开挖结束后采空区附近和隔离层底部的位移量比较大,在此种情况下边坡整体不会出现失稳,但局部可能发生破坏,需同时对边坡和隔离层做保护措施。通过对比可知充填法的整体安全系数较高,所以在今后的开采中可优先考虑充填法。     

基于位移反分析的露天边坡稳定性评价

根据某矿西部贫矿开采条件, 借助ANSYS和FLAC^3D软件建立了大型三维数值分析模型。基于该矿边坡位移GPS监测数据, 通过地表岩移反分析得到了合理的矿岩和充填体物理力学参数。数值分析表明, 贫矿开采过程中露天边坡整体处于稳定状态, 且贫矿开采活动对上盘南部边坡影响程度较大, 其岩移量和塑性区范围变化较明显, 同时贫矿开采过程中南部边坡最大主应力由压应力转变为拉应力, 极易因拉应力的作用而出现掉块、局部塌落等现象, 且对斜坡道入口和出入斜坡道的主运输巷道影响较为明显。     

隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19~28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28~50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶; 顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著; 底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小; 霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。     

深凹露天坑排尾砂后地下采区稳定性分析

鲁南矿业王峪矿段深凹露天矿闭坑后,由于矿区尾矿库的库容不足,提出了露天坑底部排放尾砂的工艺。通过ABAQUS大型有限元数值软件,模拟了露天坑采结束-坑底干排尾砂-露天转地下第一阶段采矿全过程,分析了露天边坡位移变化趋势以及露天转地下采区的应力分布情况,得出结论：露天坑底排尾砂后地下开采区域应力场没有明显的增加,同时围岩体的塑性区域没有贯通;原露天边坡的水平与竖直位移均在可控范围内。并针对露天转地下过程中坑底积水情况,提出了工程上的防排渗措施,具有较好的工程参考价值。     

井工开采对露天矿边帮稳定性影响研究

运用数值模拟软件FLAC3D对安太堡露天矿采用井工开采露天边帮剩余煤炭资源时的顶板岩层运动特点及边帮稳定性进行了研究。结果表明：随着距露天开采地面停采线距离的不同,边帮体内压应力、压应变均呈非线性减小趋势;随着井工开采的不断推进,其顶板内的应力集中呈不对称分布,顶板岩层变形也呈非线性分布;井工开采将促使边帮体内形成明显偏向边帮体自由端方向的拉应力区;可能导致边帮体发生滑移的主要因素将是边帮体上覆岩土体的挤压、推移与井工开采产生采动作用对边帮底部岩体岩性的劣化作用;存在着一个既使露天边帮保持安全、又可实现尽量多回收煤炭的井工开采理论尺度。     

露井联采条件下采动边坡的变形机理研究

通过对露井联采下采动边坡的分析,建立采动边坡梁模型,根据梁的受力及变形,得出梁变形产生拱的范围,即影响边坡范围;利用顶板破断后形成的沉陷范围,给出了采动边坡稳定系数计算方法,并得到最安全采深,结合安家岭露井联采的实践及边坡位移监测,得出902工作面采动下边坡稳定系数为1.38,最大安全采深为309 m。研究结果表明,露井联采条件下采动边坡变形是由于顶板变形引起的岩层倾角变化引起的,可为露井联采采动边坡稳定治理提供理论依据。     

露天转地下过渡期协同开采方法研究

在我国冶金矿山露天转地下的过渡期,由于露天与地下开采相互干扰,造成过渡期安全生产条件差和产量衔接困难,这一问题多年来一直没有得到很好解决。针对过渡期露天开采境界内底部矿量、地下开采挂帮矿量的常用开采模式,提出了挂帮矿地下诱导冒落法开采方案,并从扩展露天地下同时开采时间与空间的需要出发,研究了露天境界细部优化方法以及露天地下协同生产技术,由此研发出露天地下协同开采方法。理论分析与海南铁矿实际应用表明,该方法可显著改善安全生产条件和有效提高露天转地下过渡期生产能力。     

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。