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。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,空区失稳坍塌问题凸显,加强采空区管理,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文采用目前先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助建立了某矿山生产中段采空区数值计算模型,结合应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采场空区稳定性的影响大小,结果表明,二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大并与一步采空区形成了应力叠加,在矿柱位置出现了应力集中,最大集中应力约为26 MPa,且垂直方向上的位移增加,最大位移量接近5 mm,存在顶板垮塌风险。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

深凹高边坡急倾斜挂帮矿开采数值模拟分析

采用FLAC~(3D)数值模拟分析白云鄂博东矿挂帮矿开采对边坡岩体破坏、应力分布及位移特征的影响。结果表明:当首采位置L18m时,采空区前缘围岩塑性宽度不受其影响;挂帮矿的开采使边坡岩体应力向空区两侧移动而形成应力集中,采空区上部台阶岩体拉应力区呈"上向延伸"状态;挂帮矿的开采引起最大水平位移点上升至空区顶板水平,在一定条件下,边坡水平位移区形成"扩展"和"收缩"两种运动方式。当L18m时,边坡水平位移区不受首采位置的影响。     

基于Phase2的复杂采空区稳定性分析与评价

利用Phase2数值模拟软件,分别在水平和垂直剖面建立空区数值模型,对某矿三采区的空区稳定性进行了分析.研究发现,逐步回采完900中段的5个采场后,采空区的应力与位移都不会达到围岩的屈服极限,采空区是相对稳定的;继续回采采空区间柱或下中段矿体时,空区围岩的应力状态发生很大的变化,顶底板局部地方拉应力值达到岩石的抗拉强度,发生破坏,因此在进一步回采矿体时需要对采空区进行处理,保证矿山的安全生产.     

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...     

房柱法开采大面积采空区群的稳定性分析

为了得到房柱法开采大面积采空区群的稳定性变化规律,利用空区激光探测系统(CMS)对采空区进行精密探测,运用3Dmine与FLAC~(3D)耦合建立数值计算模型,分析了采空区围岩应力、位移、塑性区大小及分布状况。研究结果表明,采场中部部分矿柱中垂直应力最大为106 MPa,明显高于边界矿柱;采场周围矿柱中垂直应力相对较小,顶板跨度越大,下沉量越大,表明大部分矿柱仍具有一定的支撑能力;位于空区群边界的试验采场内矿柱中部垂直应力最大为46MPa,顶底部垂直应力相对较小;采场顶板存在微量下沉,最大下沉量为14.23mm,底板略微鼓起,最大鼓起量为6.5mm,表明顶底板均较为安全。     

复杂环境下采场结构参数优化与自适应表征分析

复杂矿体条件下的采矿结构参数是矿山合理安全开采的关键。以卧虎山矿29线附近矿体为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模数值模拟技术,精细化构建三维实体和网格模型,考虑采场跨度和高度,均匀设计15组试验方案,以岩体力学参数的中间值为计算基础参数,获得不同采场跨度和高度下采场的拉压应力、位移和塑性区分布规律,从复杂条件的参数区间自适应优化采场结构参数。研究结果表明:①矿体开挖后,采空区顶底板出现了拉应力集中,特别是在两个采空区之间所留下的间柱之间、回采采场中间的矿柱是塑性区集中区域;②分析各方案中一步骤采场回采完毕后采空区的稳定性状况,确定方案七和方案十二的采场稳定性较好;③对采场不同结构参数下自适应性表征分析,得出方案七的自适应性更强,为最佳采场结构参数,即采场长30m,跨度12. 5m,高度12. 5m,预控顶高度3. 5m。     

缓斜极厚矿体开采安全切顶厚度研究

针对某锡矿山缓斜极厚矿体采场采用高阶段、大直径深孔落矿分步骤回采过程中采空区上方切顶硐室的安全性问题,综合采用弹性力学理论和数值分析方法,研究了采场开采安全切项厚度.在采用弹性力学方法提出了采场凿岩硐室长度为26 m,跨度为12m,采场安全切顶厚度为6m的基础上,采用数值分析方法对采场安全切顶厚度进行了分析验证,并开展了切顶硐室表面位移及围岩应力的现场监测研究.研究表明:数值分析得出的最大拉应力值0.96 MPa小于抗拉强度,且安全率为2.98,最大位移监测值7.58 mm与数值分析值8mm相近,故采场切顶厚度为6m是合理的,可确保采场切顶作业过程的安全.研究成果已用于矿山生产实践,有效解决了该矿运用大直径深孔落矿开采缓倾斜极厚矿体时采场切顶硐室的安全性问题.     

凡口铅锌矿0~#采场垮塌区影响范围数值模拟

凡口铅锌矿Sh-320 0#采场的回采过程中,因出矿不及时而致使该主矿体区成为隐患区域,采用FLAC3D快速拉格朗日差分分析方法对隐患区域稳定性进行数值模拟。结果表明,采空区两帮的最大拉应力达到1 MPa,两帮的最大位移分别为11.6和11.1 cm,顶板位移为8.0 cm,而且出现较大范围的剪切破坏和抗拉破坏塑性区,并且塑性区发生贯通。空区是在两帮充填体受横向拉伸发生垮落,同时顶板发生冒落,最终导致空区的大面积失稳。由数值模拟圈定垮塌区的影响范围,进而得出受垮塌区影响的采场分布。     

基于数值模拟的采场永久矿柱宽度优化研究

根据开采矿山的实际情况,基于永久矿柱的不同宽度,提出了4种不同的优化方案。采用三维有限元分析软件建立了数值分析模型,模拟并分析了4种不同的开挖方案后应力场和位移场分布规律,得到了最优的开采方案。研究结果表明:永久矿柱压应力、顶板拉应力的极值在特定的矿体赋存条件下呈现出一定的波动性,但采场顶板的拉应力分布区域体现出随永久矿柱宽度的增大而减小的规律;各方案中较大的位移都出现在采场的顶板和底板,并且采场顶板的位移要高于底板,其顶板最大的沉降位移量分别为8.5,8.4,6.1,5.9cm;永久矿柱主要产生受压破坏,结合采场顶板应力场分布情况以及沉降位移的变化规律,从平衡经济和安全的角度综合分析认为倾斜永久矿柱宽度12m为最优方案。     

基于数值模拟的复杂采空区稳定性分析

在详细调查某矿山复杂采空区空间形态和分布情况的基础上,利用软件耦合技术建立了采空区的三维数值模型,并采用FLAC3D对采空区稳定性进行了模拟计算。根据模拟结果对围岩的应力、位移和塑性区的分布规律进行了深入研究。结果表明:采空区角隅处出现明显的应力集中且发生剪切破坏,顶板中央区域有较大的拉应力产生;围岩产生向空区的变形,最大变形位于采空区顶底板;相邻采空区围岩应力和位移出现叠加,表现出采空区的"群效应",这些区域围岩的应力和位移相对较大,是容易产生破坏的区域。总体而言,采空区目前处于稳定状态,建议矿山充填采空区以控制围岩变形。     

采空区积水对围岩稳态的影响及防治方法研究

采空区积水会改变煤层的力学特性,进而影响采场采动下围岩的应力和变形特征,主要通过数值模拟的方法对采空区积水作用下围岩的应力场和位移场进行分析。研究表明,随着煤体含水程度的增加,工作面开采后形成的应力集中现象减弱,但水平应力对采空区顶底板的挤压作用增强,表现为顶底板移近量的增大,总体上采空区围岩的稳定性随着煤体含水率的增加而减弱,基于此提出了相应的采空区积水防治方法。     

基于突变理论的两断层中间区域重叠顶底板稳定性分析

为了实时保障位于两断层中间区域矿体开采时采场内作业人员和设备的安全。根据采场顶板破坏特征,结合数值模拟分析结果,运用结构力学分析方法,将采场重叠顶底板简化为固支梁力学模型。基于尖点突变理论,构建采场重叠顶底板的尖点突变模型,在充分考虑断层作用下采场重叠顶底板两端所受拉应力的前提下给出了采场重叠顶底板的失稳判据,为实时判断采场重叠顶底板稳定性提供了一个简单及时有效的计算公式,并通过工程实例验证了计算公式的准确性。结果表明：特殊断层会加大顶板岩梁受到的拉应力与X方向位移,且在重叠顶底板厚度一定的情况下,顶板受到的拉应力与X方向位移越大,重叠顶底板越容易发生失稳。     

采矿方法选择及其数值模拟研究

为提高矿山效益、降低矿石的贫化损失,通过现场调查、取样和室内力学试验,并结合现场实际,采用大直径深孔连续采矿的工艺进行回采,并对其回采工艺、矿体的顶板、底板、矿柱和顶底板两侧围岩的应力、应变、塑性区分布和安全率进行了模拟,模拟结果表明,采场的顶板和底板的侧帮出现了应力集中,并导致局部破坏,对采场的稳定性有一定的影响,对采场实现锚杆支护,保证了矿山的安全生产。     

新集二矿1煤组采场底板应力场分布及破坏特征研究

为了研究1煤组采场底板的应力场分布及变形破坏特征,基于新集二矿220108采煤工作面的实际工况,运用有限差分数值模拟软件FLAC构建二维数值模型,得到煤组采场底板应力场、位移及塑性破坏带的分布云图。结果表明:工作面开挖以后,在上覆岩层和下部承压水耦合作用下,底板形成一定范围的拉应力区,采空区两端产生剪应力集中区,底板发生底鼓变形,随着工作面的推进,拉应力区范围增大,剪应力集中区也不断向底板延伸,采空区底板垂直位移最大可达844.5 mm,可能会导致底板隔水层发生破坏;围岩的塑性破坏带最先出现在采空区两侧,随着工作面的推进,塑性破坏带范围逐渐增大并向底板扩展延伸,当工作面推进到100 m时,底板隔水层两端的塑性区相互融合,成为导水通道。     

综放沿空留巷采空区侧向围岩移动数值模拟研究

以新登31061综放沿空留巷为工程背景,采用连续—非连续单元法(CDEM)对留巷采空侧覆岩应力及移动规律进行了数值模拟研究。模拟结果表明,采空侧覆岩垮落引起的应力集中影响范围不仅作用于煤层,而且在煤层及顶底板也会形成一个向采空区侧倾斜的应力集中拱形范围。巷旁支护体砌筑位置应该在工作面后方的一段距离,有利于避免动压对支护效果造成影响。     

用沙坝矿采场顶板稳定性模拟分析

贵州开磷矿业公司用沙坝矿主体为缓倾斜矿体,采用机械化盘区分段充填采矿法开采,通过研究采场跨度与顶板稳定性之间关系确保了作业人员安全和稳定生产.建立合理矿山开采力学模型后,对不同跨度采场在未支护方案下进行数值模拟分析表明,采场整体位移变化基本服从近对称分布;靠近开挖边界处围岩位移最大,距开挖边界越远,围岩位移越小,且移动方向均指向采空区;采场跨度在20m以内,采场顶板不发生破坏;当超过25m以上时,采场顶板出现较大拉应力,顶板开始发生破坏.     

铁矿床滞留采空区充填治理顺序优化方法

结合典型矿山滞留空区现状,采用现场调研与数值分析结合的方法,反演矿山滞留空区形成过程,在分析围岩的力学响应规律的基础上,提出了以采空区围岩应力集中等级和地表变形影响程度为主要评价因素的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法。得出结论：①各水平空区的形成过程中地表沉降变化明显,由开始的局部小面积沉降发展到后期的成片大区域陷落区,空区正上方位移变化最大,沉降值范围12.8~162 cm。②各水平空区围岩以压应力为主,最大值发生在空区边帮位置,暴露面积大的空区围岩出现了拉应力,应为优先处理的对象。③提出的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法,对金属矿山地下滞留采空区的治理、矿柱回收、深部开采方案的制定及安全生产具有重要的指导意义。     

基于DIMINE-MIDAS/GTS的采空区稳定性分析

随着矿山的开采,形成大量的采空区,采空区的存在严重威胁井下作业人员安全,并影响企业的长期发展。为了保障安全生产,采用室内试验、数值模拟等技术手段针对南川河石灰岩矿井的地下采空区进行了稳定性分析。在室内岩石力学试验基础上,根据Hoek-Brown准则及其强度参数的估计法,对该矿的岩石力学参数进行折算,利用大型三维矿山软件DIMINE建立有限元三维数值模型,结合有限元数值分析软件MIDAS/GTS进行矿山开采及采空区稳定性有限元数值模拟分析。得出结论:老采空区顶板出现拉应力破坏,局部最大拉应力为2.27MPa,易发生冒顶片帮事故;13号矿柱产生主应力集中,处于压应力破坏;采空区周边矿柱仅有少量单元发生塑性破坏,塑性区主要存在于采空区顶板;地表位移沉降较小,矿山采空区基本处于稳定状态。