用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。     

司家营铁矿南区充填采矿参数优化设计

针对司家营铁矿南区采用的阶段嗣后充填法采矿开展可行性论证以及采场参数优化设计研究。首先,在矿区工程地质条件研究的基础上,借助于工程类比和采矿初步设计,确定了可采用的回采方案和参数的变化范围;其次,根据参数的选取范围,建立正交数值模型,进行16组正交数值分析;第三,根据数值模拟获得不同组合参数采场稳定性与岩移参数,采用回归分析,建立采场安全度和岩移参数与采场设计参数之间的函数关系;第四,以盘区采矿经济效益为优化目标,以采场稳定性和岩移控制为约束条件建立优化模型,实现对南区采场结构参数优化决策。最后,对优化设计参数进行数值分析,研究和评价南区充填法开采的地表沉降、采场稳定性以及采矿经济效益。     

垂直分条充填采矿法采场参数的数值分析

确定合理的采场参数是矿山进行安全、高效生产的前提。本文采用边界元方法对垂直分条充填采矿法采场稳定性进行数值分析。根据矿体开采条件 ,建立开采模型 ,进行采场矿岩及充填体应力、应变特性的分析 ,确定了合理的矿房、矿柱宽度、充填体高度等参数以及回采顺序     

采场结构参数及充填配比优化的FLAC3D数值模拟

为了保证矿山安全高效开采,通过分析影响采场稳定性关键因素及破坏机理,应用数值模拟法对二步矿柱在不同结构参数和两侧不同充填配比开采条件的稳定性进行分析,优选出安全高效的一步采场充填配比和二步采场的结构参数。采用FLAC3D数值模拟,计算和分析在开采过程中,不同结构参数和两侧不同充填配比的采场顶板的应力、应力分布区域面积及位移变化特征,得出各不同方案的采场顶板稳定情况。结果表明:采场受两侧充填体配比的影响较为明显,一步采场灰砂比由1∶6改变到1∶8时,对二步采场的稳定性影响较小;灰砂比小于1∶8和采场宽度大于18 m时,采场顶板的拉应力和位移的变化率逐渐变大,采场的稳定性迅速降低。因此,综合矿山生产安全、高效及成本考虑,建议一步采场充填配比为1∶8、二步采场的宽度为18 m。     

阶段嗣后充填采矿设计优化研究

针对大型贫铁矿采用的上向阶段嗣后充填采矿方法,提出超大采场开采的点柱式结构型式,同时开展了3种回采模式阶段嗣后充填采矿的可行性论证与采场结构参数的优化研究。针对司家营铁矿南区的工程和水文地质条件和充填体的力学参数,采用FLAC3D数值分析软件,设计不同回采方案下的正交数值试验,建立了南区开采的优化模型,得到不同回采模式下的最佳采场结构参数。通过对采场稳定性评价,揭示了不同回采模式的优越性和不足,从而使采矿设计方案适用于复杂变化的矿山工程地质条件,为实现矿山安全高效开采打下了基础。     

某铜矿破碎矿岩条件下分段空场嗣后充填法的应用实践

以某铜矿为例,针对矿岩破碎的地质环境,采用下向进路采矿法进行采充后,改变矿体原有破碎的地质环境,为分段空场嗣后充填法的使用创造条件。通过对不同采场参数进行数值模拟对比分析,选定了适合矿山生产实际的采场结构参数,大幅度降低了矿山的采矿成本,对于类似矿山有一定的借鉴意义。     

采场围岩流固耦合数值模拟与充填采矿参数优化

司家营铁矿属于水文地质条件复杂类型,为确保采矿安全和矿区水文环境,采用充填采矿法采矿,建设规模为年产铁矿石2 000万t。矿山南区地表赋存丰富第四系含水层,采用渗流-应力耦合数值正交试验,建立了南区开采的优化设计模型。通过数值模拟和优化分析,揭示地下开采对地表岩移和渗流场的影响规律。对于南区充填法采矿,采用所获得的采场结构参数和充填体强度,可以控制地面变形在允许的范围内,潜在大量涌水主要发生在-450 m段和-350 m段,必须采取安全防范措施,避免采场突水灾害。     

黄沙坪矿区阶段空场嗣后充填法采场结构参数研究

针对黄沙坪矿区厚大矿体阶段空场嗣后充填采矿法采场结构参数的选择,利用FLAC^3D数值模拟软件进行试验模拟。通过对数值模拟结果进行分析,阐明了各影响因素与采场稳定性之间的关系,得出对采场稳定性影响程度的排序为：矿房长度>间柱宽度>顶柱厚度,以此进行采场结构参数优化。结果表明,矿房长度为50 m,间柱宽度为8 m,顶柱厚度为5 m是该矿山的最优采场结构参数。     

安庆铜矿特大型采场充填体稳定性分析

对安庆铜矿特大型采场充填体的稳定性进行了理论分析,在此基础上提出了提高特大型采场充填体稳定性的一些具体措施,对矿山生产具有重要的指导意义。     

庙岭金矿采空区混合强度充填方法研究

以庙岭金矿某地下采场为工程背景,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件分析了不同采空区处理方案对采空区和充填体围岩的影响。结果表明,充填采空区能有效缓解应力集中现象并控制岩层位移; 充填体力学性能是影响充填效果的重要因素; 在不改变现有采场参数和充填体参数基础上,使用混合强度充填体处理采空区方案可行。     

大红山铜矿西矿段充填采矿数值模拟研究

根据大红山铜矿西矿段矿体赋存的地质条件及现有的开采技术,提出了盘区机械化分条—分层充填联合的采矿方法。初步确定18种回采的方案,选取了FLAC3D数值分析软件进行数值模拟。将各方案的结果进行了对比,选出了最好的回采方案。结果表明,采场结构参数为:用混凝土胶结充填的矿柱宽度6 m,用选矿的尾砂充填的矿房宽度8 m,每个分层的高度4 m;用混凝土胶结充填的矿柱的抗压强度2.5 MPa;开采顺序上下同时回采,间隔100 m时采场的稳定性最好。     

软弱围岩下某中厚及厚大矿体采矿方法研究

某矿区位于湖区水体下,主要为金铜矿,且矿石品位较高,矿体属于软弱围岩下的中厚及厚大矿体,且顶板围岩稳固性较差。结合矿体具体的赋存条件及现有的开采技术条件,采用数值模拟软件FLAC^3D对机械化分段中深孔落矿嗣后阶段充填采矿法、浅孔留矿嗣后充填法、上向水平分层充填法3种采矿方法进行了采场参数研究。通过对6种模拟回采过程中的围岩应力和位移比较,初步确定采场宽度、长度参数分别为14 m、40 m;以初步确定的采场参数为基础,通过最大与最小主应力、顶板与矿柱位移最终确定出3种采矿方法对应的采场宽度均为14 m、长度分别为40、40、42 m;并且随时监测顶板及矿柱的应力、岩移情况,加强顶板管理,及时充填。最后提出下阶段的主要工作是确定合理充填体强度及充填材料。     

黄麦岭磷矿胶结充填开采配比试验及数值模拟

黄麦岭磷矿露天转地下所面临着怎样选取合理充填材料、充填料配比以及合理选取矿房、矿柱宽度的问题,为此进行了充填体的配比试验,同时结合得到的充填体物理力学参数,运用FLAC3D软件对矿块进行了数值模拟,验证了实际充填体强度要求,判断了不同矿块参数情况下矿房的稳定性和安全性问题。研究表明：黄麦岭尾矿库尾砂具有良好的充填特性,试验得到的不同配比充填体在28 d养护临期的强度值在0.18～2.48 MPa之间;不同充填体维持自稳性的极限宽度在18～25 m之间;矿柱采用灰砂比为1∶6的全尾砂胶结充填方案,合理宽度为15 m,矿房采用水砂充填,合理宽度为15 m。     

小官庄铁矿上向进路充填采矿方法试验研究

针对小官庄铁矿北区充填试验矿块矿岩软破、矿体分布零散的开采技术条件,选择上向进路胶结充填采矿方法进行了试验研究,通过模拟分析,优化了进路结构参数：进路高度3.5 m,进路宽度3.5 m,进路长度60 m,并在工业试验中完善了充填回采工艺,提出了改善充填接顶的对策措施,降低了采准工程量,实现了试验矿块的安全、高效生产。     

倾斜薄矿体块石胶结充填模拟试验与分析

近年来块石胶结充填法以其充填效率高、充填成本低等优点,迅速在国内外得到广泛应用。但该充填工艺尚主要用于急倾斜厚大矿体,充填料为垂直下放。中国倾斜薄矿体在金属矿山中占有较大的比例,而此类矿床应用块石胶结充填时其充填料下放特性和充填工艺与厚矿体的相比,有很大的差别。本文针对所述问题,在峪耳崖金矿采用正交试验方法,进行了现场模拟试验,并对试验结果及主要影响因素进行了分析,在此基础上,推荐了合适的材料配比与合理的充填工艺。     

胶结充填体下采场结构参数优化研究

要在大体积胶结充填体下对矿体进行安全高效地开采,合理的采场结构是采矿设计首先需要考虑的问题。在综合分析某地下矿山地质概况、开采技术条件现状的基础上,采用经验法与理论计算法对采场结构参数进行计算,提出了4种采场结构参数初步方案,建立对应的三维数值计算模型,将围岩的变形、应力分布及塑性区大小等作为衡量采场结构参数优劣的指标。根据模拟结果对比分析了各方案在矿房回采后采场围岩的力学响应情况,得到了采场处于最有利力学状态时的结构参数,结合各方案盘区矿石理论回采率,进而对采场结构方案进行了优选,即当顶柱厚度为6 m,矿房跨度38 m,矿柱宽14 m时,采场结构稳定性处于最有利状态并且具有较高的理论回采率。优化结果可为后续开采设计提供参考。     

阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化

由于矿体的走向长度远大于矿房尺寸,因此将充填体力学问题简化为平面应变问题,推导出充填体在一侧暴露情况下的底部剪应力表达式。结合傲牛铁矿的开采技术条件,通过对不同配比充填体的底部剪应力随矿房高度与宽度变化关系的分析,从而确定矿房与矿柱高为40m,宽分别为40m和30m。该研究成果可以为类似金属矿山开采提供理论依据。     

充填法采矿矿块结构参数优化设计

司家营常峪铁矿为控制采矿引起的地表岩移,采用地下开采充填采矿法采矿。在确保安全的基础上,选取合理的矿块结构参数,对矿山设计和建设尤为重要。通过应用FLAC3D软件对不同尺寸的矿块结构进行了数值模拟,得出了矿山充填法采矿矿块结构最优参数,为矿山设计及开发建设提供了依据。     

空场人工点柱替换原生矿柱回采技术及工艺

针对采用空场法开采的矿山采空区内原生矿柱回采技术难题,采用人工矿柱替换原生矿柱的残矿资源回收方案。其实现方法是:通过对原生矿柱开采前的空区稳定性数值模拟分析,反演空区允许的极限暴露面积,据此作为人工点柱布置和参数计算依据。为保证人工矿柱的稳定性,对倾斜底板进行台阶削平处理,并以三角形结构布置底座钢筋。采用井下废石砌筑人工点柱外墙,利用矿山已有的全尾砂胶结充填系统充填点柱内芯,待充填体沉缩凝固形成一定强度后,再以预制楔形体结合混凝土泵送充填联合接顶的工艺充填接顶,确保人工点柱的强度及有效接顶。