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。     

张家洼铁矿崩落转充填采矿工艺及结构参数研究

随着绿色矿山理念的发展,崩落法矿山逐渐向充填法转型,隔离矿柱厚度和矿房参数对崩落转充填 后采场整体稳定性具有重要影响。针对张家洼铁矿无底柱分段崩落法转充填法问题,通过理论计算对隔离矿柱位 移进行求解获得保证下部充填采场稳定的隔离矿柱安全厚度。同时,利用 FLAC3D软件对不同矿房跨度和充填工 艺回采过程中的采场稳定性进行分析评价,确定最优采矿工艺和结构参数。研究表明：①12.5 m 厚隔离矿柱能够 满足过渡阶段采场稳定性;②15 m 矿房跨度顶板拉应力集中较大,且顶板位移显著增大,为了确保回采安全,优先 采用 10 m 矿房跨度,在顶板条件好的区域可以考虑采用 12 m 跨度;③采用 3 MPa、4 MPa 和 5 MPa 强度的人工假顶 均可保证下中段开采过程中采场稳定,因此可将 3 MPa 作为人工假顶的充填体强度标准;④阶段矿房内人工假顶 上部采用 1 MPa 充填体整体充填满足二步采充填体单侧揭露稳定要求,可降低原设计多次不同强度分层充填带来 的施工组织难度。     

基于Voronoi图和FLAC3D房柱法矿柱回采可行性评价

针对南温河钨矿矿柱安全回采问题,采用理论分析和数值模拟方法,对该矿的矿柱回采试验采场采空区稳定性进行分析。通过Voronoi图法和矿柱强度经验公式得到矿柱安全系数,以评价矿柱稳定性;在理论分析基础上,利用FLAC~(3D)数值模拟软件对矿柱置换回采前、后的采空区稳定性进行评价。研究表明:试验采场内除矿柱K2、K6和K10外,其余矿柱均稳定性良好;人工混凝土假柱能够满足试验采场矿柱安全回采要求。     

充填法采场结构参数优化设计

采用弹塑性理论,综合考虑了国内某矿山矿体的赋存条件,建立了采场稳定性分析的三维有限元模型,研究了充填采矿法不同结构参数时采场的稳定性以及围岩应力和位移随矿房、矿柱尺寸以及采场控顶高度的变化情况.研究结果表明:采场最大压应力和最大拉应力随矿柱宽度增大而减少,随矿房宽度增大而增大;该矿山合理的采场结构尺寸为矿柱宽8 m,矿房宽10 m,控顶高度8～12 m.     

缓倾斜极薄矿体全面法开采残留点柱回采方案及稳定性分析研究

某石英脉型钨矿床,矿体倾角平均20°,矿脉厚度0.3~0.8m,采用全面法开采。经过20多年的开采遗留下大量点柱和空区,而且相邻的采空区、以及相邻中段的采空区基本已相互贯通形成空区联合体。随着暴露时间的延长,采场应力集中,采空区安全隐患大,同时造成大量矿柱资源浪费。为了确保矿山生产安全和可持续发展,同时对遗留的矿柱进行回收,通过研究采场顶板允许暴露面积、结合开采技术条件、充填工艺研究等,确定的矿柱回收工艺和采场充填工艺,并针对试验采场的回收方案进行采场矿柱回收稳定性数值分析,综合验证了点柱充填回采的方案是安全可行的,从而为矿山空区治理与点柱安全回收提供指导。     

房柱法矿柱回采人工假柱尺寸理论计算及 采矿工艺

房柱法是缓倾斜薄矿体开采的主要方法之一,而房柱法矿柱回采是国内外均面临的重大技术难题。以南温河钨矿为工程背景,先采用理论计算人工假柱尺寸,然后就矿柱回采工艺及预期经济效益预算进行了研究。研究表明:1)人工假柱跨度平均为11m,尺寸不小于4.35m,人工假柱养护龄期不得少于20d;2)试验采场内预计回收矿柱矿石量3 895.417t,矿柱直接经济价值为495.37万元,利润311.92万元。通过试验阶段矿柱回采,能够为南温河钨矿今后矿柱回采大范围推广奠定坚实的基础,也为今后类似矿山矿柱回采提供了宝贵的借鉴意义。     

露天塌陷坑底矿柱回收方法及空区处理方案

呷村银多金属矿为多层急倾斜薄至中厚矿体,在开采过程中,下盘银铜铅锌矿体和上盘独立铅锌矿体下降速度不平衡、后因地表塌陷采用露天开采回收上部矿柱矿量。目前矿山存在采场垮塌严重、损失贫化大、积压三柱矿量大、空区未处理、安全隐患大等问题。为解决以上问题,结合充填系统的建设、矿体特征以及现场情况开展了采矿方法优化、三柱回收及采空区处理方案研究。通过研究选择合理的矿柱回收方法和空区处理方案,降低矿柱回收贫化、损失等技术经济指标,及时处理采空区、调整矿山开采顺序以降低矿山生产安全风险。     

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。     

某空场法开采矿山残矿回收安全模拟分析

某矿山采用空场法开采,采场之间及中段之间留设2~5 m不等的顶底柱,为了最大程度回收这些矿柱,对采空区进行一定程度的充填,借助三维有限元软件对充填30,40,50和60 m4种充填方案进行对比分析,结果显示,4种方案的最大拉应力分别为1.624,1.604,1.359及1.014MPa,最小安全率分别为1.03、1.06、1.197、1.286,说明充填高度为30,40 m时,最大拉应力已经非常接近矿体的抗拉强度,最小安全率小于最低要求1.1;充填体高度控制在50 m以上时,不会对间柱、顶柱造成大的冲击,对其稳定性影响较小。结果为矿柱安全回收提供了理论指导。     

不规则房柱法开采大规模采空区稳定性分析

通过矿山采空区和矿柱的分布特征现场调查和工程地质调查,采用不规则矿柱承载的平均应力计算矿柱安全系数,分析了矿柱的稳定性。并利用Mathews稳定性图解方法计算稳定性系数N和容许水力半径HR,结合采空区顶板最大无支护跨度综合分析了采空区的稳定性,为存在采空区安全隐患的矿山资源回收和运输通道的选择提供技术参考。     

全面法点柱群安全系数计算与采空区稳定性评价

为了研究房柱法开采中矿柱及采空区稳定性难题,以南温河钨矿为工程背景,采用理论分析的方法对矿柱稳定性进行分析,并利用数值模拟软件,建立数值模型,对采空区的应力分布、位移演化、塑性区分布进行分析。研究结果表明:矿柱K5、K12、K20安全系数小于1.0,属不稳定矿柱。其余矿柱安全系数均大于1.0。采空区顶板下沉量最大分别为8.2 mm和5.0 mm。底板有略微的鼓起,最大鼓起量为5.0 mm和24.1 mm。采空区1和采空区2应力分布较为均匀,其最大值分别为7.7 MPa和8.2 MPa。采空区1和采空区2顶板稳定,基本不发生塑性形变,底板部分区域发生拉伸破坏。理论分析与地压监测结果表明采空区稳定性能够满足南温河钨矿安全生产的需求。     

基于主成分分析法的嗣后充填采场矿柱及充填体强度研究

空场嗣后充填矿山采场留设矿柱是地下采矿空间的重要结构，其尺寸会影响矿山生产安全、资源回采率以及企业经济效益，针对此类问题，以大牛铁矿为研究背景，基于主成分分析法(Principal components analysis, PCA),根据数值模拟获得的不同矿柱宽度和充填体强度下矿柱最大压应力和剪应力、位移及塑性区占比，构建矿柱稳定性综合评价指标；并以矿柱稳定和经济效益最优为目标，最终确定矿柱宽度和充填体强度。研究表明：(1)融合数值模拟得到的矿柱压剪应力、变形和塑性区的PCA综合评价指标显示，当充填体单轴抗压强度σ=1.5 MPa时，矿柱宽度b=9 m可保证稳定；(2)当矿柱宽度b=10 m时，充填体单轴抗压强度σ可降低至0.5 MPa;(3)当b=10 m、σ=0.5 MPa时，矿柱稳定和矿山效益综合最优。研究方法和成果可供类似工程借鉴。     

无轨开采下采场结构参数及稳定性数值模拟

云南某矿山矿体赋存条件复杂，矿岩破碎、松软，加之后期转型采用无轨设备开采，导致采场巷道断面增大，原有的采矿工艺和采场参数已不再适用。为保证开采过程的安全，找出适合矿山生产的合理采场结构参数，研究采用3D-σ有限元模拟软件建立采场三维模型，设计不同跨度直接顶板的留点柱、留连续矿柱采场结构形式，对不同采场结构形式下矿岩的应力、安全率、塑性区进行模拟分析。结果表明：采用留点柱的采场形式时，采场内点柱尺寸不应小于2 m,矿房跨度控制在4 m为宜；采用留连续矿柱的采场形式时，采场结构参数建议留4 m宽连续矿柱，矿房跨度为5 m,采用C20混凝土进行进路式充填回采。结合采场模拟分析及矿山实际生产现状，建议采用留连续矿柱的开采方案。后续现场试验证明，该方案不仅能够保证采场结构的稳定性，达到矿山安全开采的目的，而且能有效降低矿石的损失贫化，提高矿山的经济效益。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性数值模拟分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,采空区顶板暴露面积进一步扩大,空区失稳坍塌问题凸显,为了能够及时掌握采空区稳定状态,加强采空区管理,避免采空区坍塌引发矿山重大安全事故,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文在总结目前国内外常用的采空区稳定性分析方法的基础上,采用目前较为先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助开展采空区探测,建立了某矿山主生产中段的采空区数值计算模型,通过模拟采场回采过程,分析不同回采阶段的应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采空区稳定状态的影响大小。结果表明,该矿山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,特别是在矿柱位置出现了应力集中,其最大集中应力约为26MPa,且垂直方向上的位移量增加,最大位移量接近5mm,存在顶板垮塌风险。     

环境再造采场人工假顶可靠性分析

人工假顶的稳定对环境再造采场的安全生产起着至关重要的作用,而首层充填厚度和采场跨度又直接影响着人工假顶的稳定性。以某地下矿山为工程实例,借助帕罗黑莫可靠性理论,研究人工假顶的可靠程度,对影响人工假顶稳定的两个因素(首层充填厚度和采场跨度)进行了分析。结果表明:在首层充填厚度为4.75 m的条件下,采场跨度为4～6 m时,人工假顶的稳定性较好,为环境再造采场实现安全回采提供了保障。     

基于应力增量理论的矿柱回采安全性评价

矿柱是支撑空区稳定性的主要单元,矿柱的回收必然会造成空区应力的重新分布,从而对其稳定性造成影响。基于应力增量理论,对某矿山矿柱回采过程中的安全性进行了理论分析,并根据矿柱的回收顺序建立了数值分析模型,计算得到了各矿柱开采前后的应力变化情况。计算结果表明,该矿山二、三采区一中段的间柱安全系数都大于1,即所有间柱在矿柱回采的过程中都处于安全状态。     

基于粗糙集理论的矿柱稳定性影响因素敏感性分析

矿柱稳定是矿山安全高效开采的前提,研究影响矿柱稳定性的因素及其敏感程度对于矿柱安全管理具有重要的意义。本文提出了基于粗糙集理论的矿柱稳定性影响因素分析方法,并以四川省某锰矿房柱采矿法采场为研究对象,首先分析了矿山地下采场矿柱稳定性影响因素,随后利用粗糙集理论对各影响因素进行敏感性分析,计算出各影响因素对矿柱稳定的重要性。结果表明,矿房宽度的重要性为0.381,对矿柱稳定性的影响最为显著。该方法对于矿柱稳定性影响因素敏感性分析客观有效,可为矿山矿柱安全管理及矿柱尺寸优化提供理论依据。     

某矿山崩落法和充填法联合开采采场地压分析

某矿山采用无底柱分段崩落法和充填法联合开采。研究两种方法同时开采时采场地压的变化及采场稳定性问题,运用FLAC~(3D)数值模拟技术对该矿山采场地压的演化规律进行模拟研究并利用微震监测技术验证模拟结果。研究表明,该矿山上部矿体随着无底柱分段崩落法的进行,下部胶结充填体的稳定性得到显著提高,下部充填采场矿柱受力整体呈下降趋势,且无底柱分段崩落法开采结束后,下部充填采场矿柱的垂直应力下降了约35%。由此可见采用无底柱分段崩落法开采能有效缓解下部充填采场的地压,有利于提高采场的稳定性。     

矿山巷道矿压数值模拟推演及监测技术研究

为进一步掌握矿山窄矿柱沿空掘巷成巷技术,提高资源采出率。针对具体的生产地质条件,通过矿压监测、数值模拟等手段分析了窄矿柱巷道掘进、工作面推进和二次采动窄矿柱支承应力分布特征及影响。结果表明：1)巷道掘进期间,巷道前50 m压力较大,尤其是巷道两帮移近较为明显,两帮最大移近量约200 mm; 2)巷道掘进阶段、采动影响时期,回风顺槽与上运输顺槽之间留设5 m矿柱,形成较大的应力集中,矿柱内最大垂直应力为21.38 MPa,工作面前后方矿壁内的垂直应力约为30 MPa,应力集中系数约为3,影响范围约为84 m,矿柱最大垂直应力为41 MPa; 3)受二次采动影响,矿柱内的应力约为40 MPa,与一次采动相比变化不大,而应力峰值出现在工作面前方的三角区域,最大可达57.4 MPa,表明该区域是工作面回采期间的防治重点。矿压监测与数值模拟结果较为一致,进一步证明了研究结果的可靠性。     

盘区矿柱回收与充填体稳定性的数值模拟研究

盘区隔离矿柱回采的核心问题是能否在矿柱回采过程中保证顶板和两侧充填体的稳定性。 针对龙桥 铁矿充填成本高、盘区矿柱占有储量大等问题,提出了全部回收和部分回收 2 种盘区矿柱回收方案。 根据矿山实际地 质和具体实践资料,建立了三维计算模型,利用 FLAC3D 软件对 2 种回收方案进行了计算,通过分析和比较采场围岩 变形、塑性区及应力状态,确定了合理的回收方案。 计算结果表明:全部回收盘区矿柱会造成采场大范围的破坏,难以 实现回采目标;部分回收即留设部分矿柱作为永久矿柱承载,可以基本确保采场的稳定性。 研究结论可以使龙桥矿 矿柱回收率达到 64. 3%,也可供同类型矿山作为参考设计依据。