基于突变理论的崩落法转充填法隔离矿柱安全厚度计算

崩落法转充填法开采过程中,合理确定隔离矿柱厚度对保证过渡采场安全回采具有重要意义。通过构建隔离矿柱力学模型,分析隔离矿柱破坏特征,建立了隔离矿柱的系统总势能关系式;基于突变理论,推导出隔离矿柱失稳的尖点突变模型;根据尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,建立了隔离矿柱安全厚度的计算模型。将此计算模型应用于研究鄂东某铁矿无底柱分段崩落法转充填法隔离矿柱厚度,理论计算的隔离矿柱厚度取值范围为15.49～19.36m。在数值模拟验证和工程试验生产中,取隔离矿柱厚度为17.50m时,隔离矿柱处于稳定状态。理论分析和验证结果表明,突变理论可解释隔离矿柱失稳的非线性动力学特征,隔离矿柱安全厚度计算模型可为工程设计提供一定的理论依据和工程指导。     

断层防水矿柱合理留设数值模拟分析与评价

根据某磁铁矿床Ⅰ^#矿体的水文地质特征和采矿方法, 基于流-固耦合原理, 利用Phase2软件建立了数值模型, 分析研究了防水矿柱厚度对局部地下水渗流场的影响以及断层、围岩变形和破坏特征, 并结合经验公式法得出了Ⅰ^#矿体合理的断层防水矿柱厚度。结果表明, 对于Ⅰ^#矿体数值模拟建议留设的防水矿柱厚度为15～20 m, 经验公式计算的防水矿柱留设厚度为16.59 m, 综合考虑, Ⅰ^#矿体在目前地下水位条件下的断层防水矿柱厚度为17 m。     

近距离薄煤层开采断层防水煤柱留设分析

煤矿生产实践中断层防水煤柱的留设往往根据经验确定,由于矿井地质条件及岩石力学条件的差异性,防水煤柱设计不够科学,增加了采场突水的可能性,而数值模拟计算则可以弥补传统方法的不足。在理论分析地质构造、断层特征及充水因素的基础上,采用理论计算及数值模拟相结合的方法,合理留设断层防水煤柱,对类似情况下断层防水煤柱的留设具有一定的参考意义。     

柿竹园钨多金属矿露天地下协同开采安全隔离层厚度研究

安全隔离层厚度的确定对矿山露天地下协同开采的安全和产能过渡有重要意义.为了确定柿竹园钨多金属矿安全隔离层厚度,首先运用多种隔离层厚度计算理论,计算安全系数在1.2～2.0时的隔离层厚度范围.在此基础上,对不同厚度安全隔离层条件下采场顶板的力学特征进行数值模拟分析.当隔离层厚度小于80 m时,采场顶板监测点处产生的垂直位...     

滨海基岩矿床安全开采合理隔离层厚度的确定

针对滨海基岩矿床安全开采合理隔离层厚度留设问题,基于材料力学、结构力学等共七种理论计算方法综合确定隔离层厚度,利用点柱式上向水平分层充填法建立三维数值计算模型,通过结合FLAC3D数值模拟软件,分析理论计算结果的合理性,研究不同中段开采充填情况下第四系底部的稳定性特征,最终得出安全开采所需的隔离层厚度必须在12m以上,合理的开采上限必须在-57m以上。通过分析数值计算模型第四系底部的沉降变形,发现第四系底部最大沉降集中于中间采场 ,最大沉降量为13.73mm。研究成果为滨海基岩矿床安全开采,提高资源回采率提供了有益指导。     

露天台阶下空区安全隔离层计算及稳定性分析

我国很多露天矿山存在开采境界下有空区危害的现象,安全隔离层厚度及稳定性分析是保证露天安全开采的关键,也是迫切需要解决的问题。以广东省大宝山露天矿开采为例,理论计算得出不同跨度下的安全隔离层厚度,再结合数值模拟软件建立二维空区模型进行模拟,比较理论计算和数值计算的结果。通过二者的比较最终得出不同跨度下最佳的安全隔离层厚度。最后就矿山具体存在的空区群,建立三维空区群模型进行稳定性分析。为露天开采境界下空区稳定性分析提供了一套系统的方法。     

北衙露天转地下开采隔离矿柱的稳定性分析

露采边坡和隔离矿柱稳定性分析是露天转地下矿山经常面临的问题,对于金属矿山地下开采安全生产极其重要。根据北衙金矿矿段隔离矿柱的厚度以及边坡工程地质条件,采用有限差分法数值软件对露采转地下的隔离矿柱进行了不同厚度的模拟计算。结果表明,露采边坡在地下开采期间隔离矿柱设为50m较为可靠,边坡基本处于稳定状态,为该矿体安全高效回采提供了理论依据和技术指导。     

高陡边坡下露天地下联合开采隔离顶柱合理厚度的研究

简要介绍了计算隔离顶柱厚度的方法即力学解析法、经验法、数值模拟法三大类,其中数值模拟法能够充分考虑高陡边坡对隔离顶柱厚度的影响。应用数值模拟法,可直观、真实地反映出隔离顶柱应力分布情况,结合顶柱岩石力学性质,即可得出此时顶柱的稳定性状况。通过结合某矿山实例,分析不同顶柱厚度条件下的顶柱应力分布,从而计算出合理的、安全的顶柱厚度。     

某石灰岩矿采场结构参数数值模拟研究

为提高石灰岩地下矿山采矿效率和资源回收率,在某石灰岩矿开展了中深孔房柱法试验研究。采用三维数值计算软件ANSYS和FLAC3D进行了中深孔房柱法采场结构参数优化和稳定性数值模拟计算,通过计算确定的最优方案的采场结构参数为:矿房宽度15 m,间柱宽度13 m,底柱厚度15 m。数值模拟计算结果与理论基本一致,表明数值模拟方案的设计、模型的建立和参数的选择具有一定的合理性。     

钟九铁矿富水碎屑岩顶板矿体开采安全矿（岩）柱留设

为保证钟九铁矿的安全开采,根据钟九铁矿的水文地质工程地质条件以及矿山的采矿方法,通过理论分析和数值模拟相结合的方式,分析计算了钟九矿山顶板导水裂隙带高度、防水顶柱合理厚度及其留设位置,并结合矿山第四系含水层的水文地质特征和发育深度,综合得出钟九矿富水矿体开采覆岩扰动边界。     

采动应力叠加影响下区段煤柱合理宽度研究

针对崔家寨矿5#煤层具体开采条件,根据三维应力状态下煤(岩)体的极限平衡理论,推导煤柱两侧不同采动影响极限平衡区宽度计算公式,得出合理煤柱宽度理论值。继而采用FLAC3D模拟软件分析不同宽度煤柱受力状况及其倾斜方向上的应力场特征。数值模拟与理论计算结果综合对比,确定了适合崔家寨矿5#煤层条件的合理煤柱尺寸为6～7 m。研究结果为复杂应力条件下煤柱宽度的合理留设、巷道围岩稳定性控制等提供了参考。     

考虑煤岩体成拱效应时煤柱塑性区宽度确定

为了确定在考虑邻近采空区上覆煤岩体自重作用下煤柱最大塑性区宽度,采用理论推导、数值模拟以及现场监测三者相结合的方法,通过考虑采空区上覆煤岩体成拱效应,确定出煤柱受力,对煤柱进行弹塑性分析,得出煤柱最大塑性区宽度理论计算式;根据玉华煤矿工程条件,采用ANSYS模拟采深为500 m和600 m,采高为4、5、6、7 m的煤柱最大塑性区宽度,并对玉华煤矿2410工作面回风巷道护巷煤柱的最大塑性区进行监测。研究结果表明:在中等采高时,煤柱最大塑性区宽度的理论计算结果、数值模拟和现场监测结果一致。研究结果给出了中等采高时煤柱最大塑性区宽度的理论计算式,可为留设煤柱宽度设计提供依据。     

固体钾盐矿山房柱式开采地表沉陷的理论计算

条带房柱式开采方法是世界固体钾盐矿山最主要的采矿方法,光卤石/钾石盐是最主要的含钾开采矿石,其可溶于水、易吸水潮解、内聚力大等独特的物理、力学特性导致不能完全照搬随机介质理论用于地表沉陷的计算。因此,以老挝某固体钾盐矿山作为工程背景,基于弹性半无限空间理论,建立条带房柱式开采的力学模型,利用弹性力学线性荷载的布辛内斯克解,理论计算地表沉陷量,并进一步利用Flac^3D数值模拟软件建立地表沉陷力学模型,数值仿真计算地表变形量。结论表明,矿房宽度8m,矿柱宽度10m的情况下,采用理论计算和数值模拟软件计算,地表下沉系数q均为0.05左右,与国内外房柱式开采的工程经验一致。     

平朔井工三矿区段煤柱宽度优化研究

区段煤柱的留设宽度是影响回采巷道围岩稳定性的重要因素,平朔井工三矿工作面区段煤柱宽度一直采用经验值20m,为优化区段煤柱宽度,提高资源采出率,采用现场实测、理论计算和数值模拟方法对平朔井工三矿合理区段煤柱宽度进行了研究。煤柱应力实测表明：井工三矿9104与9105工作面间20m煤柱宽度有一定的富裕量,根据极限平衡理论计算与数值模拟结果,平朔井工三矿区段煤柱合理宽度应大于12m。     

断裂带岩体工程地质力学特征及其对断层防水煤柱留设的影响

对F₃，F₄断层带水文地质、工程地质特征进行了系统测试研究，并结合钻探、物探资料，对F₃，F₄断层进行了导水和含水性分析，得出了F₃，F₄断层为不导水、不含水断层.分别利用相似材料模拟和数值模拟技术对F₃，F₄断层间块段不同水平留设断层防水煤柱开采进行了模拟，得出了不同地质条件下煤层顶、底板的采动效应；根据F₃，F₄断层带水文地质、工程地质特征及模拟结果，对F₃，F₄断层防水煤柱进行了重新留设，减小煤柱压煤量23万t.     

露天煤矿边帮压煤充填开采技术研究

结合乌兰煤矿各煤层实际赋存特征,建立力学模型并进行了理论分析计算,确定了采硐及采硐煤柱宽度,同时通过数值模拟分析计算了采硐开采、充填各阶段围岩特征。根据分析计算结果,边帮压煤充填开采技术在乌兰煤矿实践成功,保证边帮稳定的同时大大提高了边帮压煤回收率。     

不整合地层下开采防水煤柱合理宽度的研究

开采煤层与富含水的第四系呈角度不整合接触。煤层开采时,为防止覆岩导水裂隙带在侧面与第四系连通,需留设一定宽度的横向防水煤柱。用数值模拟方法对防水煤柱留设宽度取经验值时,导水裂隙带的发育特征进行了分析。数值结果表明,经验值留设宽度下,导水裂隙带已经在侧面方向与不整合面接触。假设工作面两侧导水裂隙带的形状为半圆弧,对竖向防水煤柱的经验公式进行修正,提出横向防水煤柱留设宽度的计算公式,为不整合地层下开采横向防水煤柱的留设提供了依据。在计算出的横向防水煤柱留设宽度下,通过控制工作面宽度,使导水裂隙带在竖直方向上不与第四系连通。     

近距离煤层群采空区下回采巷道合理布置研究

近距离煤层群下行开采中,上位煤层开后造成下位煤层采场围岩力学环境发生改变,回采巷道的合理布置是下位煤层安全高效开采的关键。因此,本文以甘沟煤矿为工程背景,采用理论分析、数值计算、现场实测等手段,对上位煤层开采后,残留煤柱对底板影响进行分析。研究结果表明:利用滑移线理论确定B4-2号煤层开采后对底板影响的最大深度为18.7 m,选取内错式布置,内错距不小于6.03 m;采用UDEC数值模拟软件对B4-2煤层的残留煤柱下方底板应力分布规律分析,得到煤柱影响下的底板应力演化特征,煤层开采后残留煤柱造成底板破坏深度达20 m左右,理论部分计算符合;通过对不同内错距下塑性区域分布进行分析,得到内错距为15 m时,对下位煤层的影响最小。     

河流下浅埋深薄基岩煤层部分开采可行性分析

控制覆岩破坏高度是实现水体下安全开采的关键。针对“浅埋深、薄基岩、坚硬顶板”河流下压覆煤炭资源的问题,采用数值模拟的方法,计算了巷柱式和房柱式等部分开采的覆岩破坏高度,并从防水煤岩柱留设、岩梁极限跨度以及煤柱稳定性3个方面论述河流下部分开采的可行性。研究结果表明,部分开采能够很好地控制覆岩破坏高度,煤岩柱厚度基本满足留设防水安全煤岩柱要求;由于上覆基岩柱中存在厚度大于10 m的粗砂岩,在跨度小于8.53 m的情况下可以支撑上覆岩层;设计煤柱安全系数为1.28～1.81,均满足要求。采用采6 m、留6 m的巷柱（窄条带）式开采是最佳方案,面积采出率为50%,按总采出率45%计算,可解放河流压覆区域约52万t煤炭。