地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究

通过结构力学解析法对顶板沉降量的计算,估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围,运用FLAC3D软件建立了开采环境再造采场数值模型,并对不同厚度顶板进行模拟计算,揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律,表明了塑性区、应力扰动范围以及沉降量都随着顶板厚度的增加而减小,且减小的幅度趋缓。以顶板沉降量为判据,模拟结果得出,顶板厚度是6m时的最大沉降量为6.376cm,满足矿山安全要求;同时,兼顾顶板施工工艺、构筑成本和服务年限,得出顶板的最小安全厚度宜取6m。     

基于开采环境再造顶板最小安全厚度研究

针对高价值软破矿体的特殊性, 设计采用开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法回采, 并着重对顶板最小安全厚度进行研究。首先通过结构力学解析法对顶板沉降量的计算, 估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围; 然后运用FLAC^3D软件建立了开采环境再造采场数值模型, 并对不同厚度顶板进行模拟计算, 揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律, 表明了塑性区、应力扰动范围以及沉降量都随着顶板厚度的增加而减小, 且减小的幅度趋缓。以顶板沉降量为判据, 模拟结果得出顶板厚度为9 m时的最大沉降量为7.67 cm, 满足矿山安全要求。同时, 兼顾顶板施工工艺、构筑成本和服务年限, 得出顶板的最小安全厚度宜取9 m。     

地下矿山采场顶板厚度数值模拟研究

首先用结构力学解析法计算对顶板沉降量,估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围;然后运用FLAC3D软件建立了开采环境再造采场数值模型,并对不同厚度顶板进行模拟计算,揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律。模拟结果得出,顶板厚度是6 m时的最大沉降量为6.376 cm,可满足矿山安全要求;同时,兼顾顶板施工工艺、构筑成本,得出顶板的最小安全厚度宜取6 m。研究结果对指导采矿设计具有重要意义。     

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移和拉应力随隔离层厚度的减小而明显增大;当隔离层厚度大于80 m时,采场顶板垂直位移和拉应力随隔离层厚度不同变化不大。综合数值模拟和理论计算结果,最终推荐安全隔离层厚度为80 m。     

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。     

罗河铁矿二步采场结构参数优选

为了保证罗河铁矿二步采场生产能力和安全性,运用FLAC3D数值模拟软件对不同参数的二步采场稳定性进行分析,获得安全合理的采场参数。通过分析开采过程中各参数采场顶板的应力和位移变化特征,结合顶板应力与位移分布云图,得出各参数采场在开采过程中的稳定情况。结果表明,当采场宽度为19~20 m时,采场顶板的最大拉应力值超出其自身的极限抗拉强度,且拉应力的分布区域占顶板的90%,同时顶板最大位移量达40 mm,顶板易发生拉伸破坏而产生冒顶或垮塌危险。建议二步采场宽18 m,高15 m。     

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.     

三山岛金矿软破介质下残柱开采的稳定性分析

为确保三山岛金矿顶底残柱安全高效回采, 采用理论力学与数值模拟对散体下顶底残柱开采过程进行了稳定性分析。建立了理论力学模型, 应用修正普氏拱理论计算了进路顶部荷载, 采用数学力学解析法对不同规格的进路在开挖过程中的承载层进行了内力分析, 得出了进路开采半宽和承载层厚度之间的拟合函数, 进而得出了不同跨度进路顶板需预留原岩的最小安全厚度。应用ABAQUS软件对不同规格进路的开挖过程进行了塑性变形和顶板应力分析, 得出了进路的合适采高及预留原岩的安全厚度, 以及不同跨度的进路顶板冒落规模, 从而得到采场进路宽和高分别为1.5 m和1.6 m。将理论力学分析和数值模拟分析的结果应用于三山岛金矿残柱的开采中, 并对采场沿脉巷道进行位移监测, 能确保试验采场安全生产。     

破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

为保障破碎矿体采场稳定，减少矿石损失和贫化，实现安全高效开采，以某铁矿破碎采场为背景，利用FLAC3D分析不同宽度采场的稳定性，确定合理的采场结构参数。通过计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应力、位移和塑性破坏区变化特征，得出不同结构参数采场的稳定情况。结果表明，当采场宽度超过14 m时，顶板的应力和位移都较大，采场的稳定性变差；随着采场宽度的增大，侧帮的应力和位移变化范围逐渐减小，有利于采场的稳定；当采场宽度大于12 m时，两帮容易发生剪切滑移破坏，采场的稳定性变差。因此，建议采场宽度选择为10～12 m。工程实践表明，优化选择的采场结构参数合理。     

深部急倾斜厚大矿体采场宽度优化

针对高峰矿深部急倾斜厚大矿体采用机械化上向水平分层充填法时的采场宽度优化问题,运用数值分析软件FLAC3D对不同宽度条件下的采场进行开挖模拟,通过分析不同宽度条件下采场顶板最大拉应力和最大下沉位移的变化特征,得出了不同宽度下的采场稳定性情况。结果表明:相比采场宽度6 m和8 m,采场宽度10 m时顶板拉应力较大,容易发生拉伸破坏,采场稳定性差;顶板最大下沉位移与采场宽度正相关,但3种宽度下的顶板最大下沉位移均在允许范围(50 mm)之内。因此,采场宽度可取6 m和8 m,但为了高效回采,最适宜高峰矿深部急倾斜厚大矿体的采场宽度为8 m。     

某铜矿分段空场嗣后胶结充填人工假顶厚度计算及分析

某铜矿采用分段空场嗣后充填法进行回采,开采过程中留有大量矿石在顶柱中成为永久损失。为安全有效地回收遗留在顶柱中的高品位矿石,需在上中段底部铺设人工假底作为下中段的人工假顶。由于人工假顶厚度是影响巷道稳定性的重要因素,因此本文针对该铜矿的2640m中段建立了钢筋混凝土人工假顶力学模型并进行受力分析。在此基础上利用塌落拱原理与组合梁理论分别计算了人工假顶的厚度,并得出该矿的人工假顶厚度为1.5m。该方法可为同类矿山借鉴。     

采场顶板安全厚度与跨度及暴露面积的关系研究

采用极限分析原理建立了基于采场跨度与暴露面积的顶板安全厚度计算模型, 利用反演算法深入分析发现, 采空区长度与跨度比值k_a>2时, 顶板安全厚度值取决于跨度的大小;k_a<2时, 顶板安全厚度值取决于暴露面积的大小。结合某钨矿实际情况, 选取相关参数进行计算分析, 得到了不同跨度与暴露面积的采空区顶板安全厚度。分别选取不同跨度和暴露面积进行分析, 进一步论证了顶板安全厚度与采场跨度及暴露面积之间的关系。     

基于竹筋-钢筋骨架的人工假顶首层充填厚度研究及现场应用

采用简支梁理论、ANSYS软件数值模拟与现场试验相结合的方法,对竹筋-钢筋骨架人工假顶进行了可行性、受力行为、破坏方式与合理设计参数研究。结果表明,竹筋-钢筋骨架人工假顶结构可有效保护上部充填体,最优充填厚度为4.75 m;采用竹筋-钢筋配筋方式可兼顾采场稳定性与经济效益,减少支护成本约15%。     

急倾斜采场上盘顶板预应力锚杆条网带支护间距设计方法研究

针对某矿急倾斜采场上盘顶板局部冒落,提出采用2～3排预应力锚杆加条网构成的锚杆条网带沿倾向间隔一定距离支护该顶板。应用材料力学建立该顶板的锚杆条网带支护力学模型,分析其冒落机理,并基于三弯矩方程推导锚杆条网带支护间距设计公式。应用FLAC^3D正交数值模拟各种赋存条件下上盘顶板锚杆条网带支护的最佳间距,系统分析矿体埋深、倾角、厚度及顶板岩梁高度对锚杆条网带支护间距的影响,并多元线性回归修正了该支护间距设计公式,最后将修正的公式应用于该矿深部留矿法采场上盘顶板锚杆条网带支护间距设计。研究结果表明:急倾斜采场上盘顶板中央弯矩最大,是冒落控制的关键部位;锚杆条网带支护该顶板具有减跨效应,可以有效减小其中央的集中拉应力,经济有效地避免其冒落。     

人工假顶充填体稳定性数值分析

焦家金矿北部矿山矿岩破碎、充填体稳定性不理想,本研究对该矿不同进路的采场结构和人工假顶承载层厚度条件下承载层及相邻充填体的应力、应变、塑性变形等情况进行了数值模拟、非线性分析。根据分析结果,12种模型的承载层压应力过大,极有可能发生破坏;相邻充填体几乎均发生压坏现象,进路回采安全性差。故建议优化人工假顶构筑工艺,增加承载层强度,提高进路回采安全性。     

采矿顶板最小安全厚度及地面沉陷变形研究

主要研究计算某矿山采场顶板保护层最小安全厚度和矿山开挖的地面沉陷变形量。具体的方法是按抗弯和抗剪2种结构力学模型分别推导出顶板最小厚度理论计算公式,进而计算出顶板最小安全厚度;利用Auto CAD建立矿山开采区精细的工程地质三维模型,利用ANSYS有限元软件建立数值计算模型,再导入数值模拟软件FLAC3D中进行计算,以此来模拟矿山开挖的全过程。最后,模拟得到的地面沉陷变形量满足规范要求。     

下行中深孔空场嗣后充填采场结构参数优化研究

充填体下进行矿体回采时采场的稳定性至关重要,合理的采场结构参数对保障采场安全高效的回采起重要作用。以喀拉通克铜镍矿2_^#矿床东段矿体为工程背景,基于现场充填体假顶厚度,通过荷载传递交汇线理论、跨厚度比法、国外经验图表法和经验类比法预估采场极限跨度,并利用FLAC_^3D数值模拟软件对7 m、8 m和9 m 3种采场跨度方案进行数值模拟研究,分析不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响,确定在充填体假顶作用下最优的采场结构参数。研究结果表明：当采场跨度为8 m时,既能保证采场稳定性,又能最大程度发挥采场生产能力。     

大直径深孔采矿法采场顶板长锚索加固稳定性分析

采用FLAC3D非线性大变形数值分析软件构建三维有限差分数值模型,模拟安庆铜矿某大直径深孔采场的开采及顶板长锚索加固支护过程,考察了长锚索加固对采场顶板稳定性的影响。研究结果表明:采用长锚索加固后,顶板岩体塑性区范围及顶板沉降位移明显减小,长锚索加固能显著提高采场顶板的稳定性。     

石材矿山地下采场结构参数正交数值模拟试验研究

采用露天开采的石材矿山存在一系列问题,如破坏植被、污染环境、高陡边坡潜在地质灾害危险、剥离量大、经济合理剥离比接近境界剥采比而迫使矿山关闭等。为有效开发石材矿产资源,开展石材矿山地下开采技术研究,尤其是地下采场结构参数的研究是十分必要的。以某地下大理石矿山为工程背景,采用多指标综合评价、数值模拟与正交试验相结合的方法,对地下采场稳定性影响因素进行了综合指标评价与敏感度分析,并在此基础上优化了采场结构参数;结果表明:(1)采场跨度对采场稳定性的影响最大,顶板厚度和采场高度的影响次之,矿柱宽度的影响最小;(2)地下采场结构参数为跨度8m,顶板厚度6m,高度16m,矿柱宽度6m。研究成果可为类似石材矿山地下采场结构参数设计提供参考。