“充填体-煤柱”复合结构势能突变破坏机理

为研究巷式充填开采“充填体-煤柱”复合结构稳定性,分析了复合结构承载特征,建立了复合结构充填体承载部分与煤柱承载部分势能函数表达式;运用突变理论,分析了势能发生燕尾型突变的临界条件,给出了以塑性区宽度为主要指标的复合结构破坏失稳判别公式,研究了采场巷道宽度、煤层埋深以及开采阶段数等开采参数对复合结构稳定性的影响;采用数值计算的方法,结合王台铺煤矿工程案例,分析了复合结构垂直应力分布特征、塑性区宽度等承载参数,验证了复合结构破坏失稳判别公式的准确性。     

地下采场失稳的能量突变判断准则及其应用

文章在有限元计算模拟地下采场开挖的实际工程设计中,根据岩石破坏与岩体工程整体失稳破坏的含义不同,提出不能将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点.运用能量的原理,借助突变理论的方法,推导出了采场开挖前后系统失稳破坏的能量突变准则,通过计算开挖前后能量变化值,以判断采场系统失稳的可能性.通过对国内某铅锌矿的有限元模拟分析,证明所提出观点和判断准则是正确的,具有一定的实用价值.     

地下采场失稳的能量突变判断准则及其应用

文章在有限元计算模拟地下采场开挖的实际工程设计中，根据岩石破坏与岩体工程整体失稳破坏的含义不同，提出不能将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点．运用能量的原理，借助突变理论的方法，推导出了采场开挖前后系统失稳破坏的能量突变准则，通过计算开挖前后能量变化值，以判断采场系统失稳的可能性．通过对国内某铅锌矿的有限元模拟分析，证明所提出观点和判断准则是正确的，具有一定的实用价值．     

地下采场失稳的能量突变判断准则及其应用

文章在有限元计算模拟地下采场开挖的实际工程设计中，根据岩石破坏与岩体工程整体失稳破坏的含义不同，提出不能将岩石材料的破坏与岩石工程系统的破坏用同样的破坏准则加以判断的观点．运用能量的原理，借助突变理论的方法，推导出了采场开挖前后系统失稳破坏的能量突变准则，通过计算开挖前后能量变化值，以判断采场系统失稳的可能性．通过对国内某铅锌矿的有限元模拟分析，证明所提出观点和判断准则是正确的，具有一定的实用价值．     

矿柱抗剪安全系数的数值计算方法及分析

基于矿柱多为剪切破坏的特征,提出了矿柱抗剪安全系数的概念,研究了数值计算中矿柱失稳的判据,即以矿柱破裂面上节点的塑性应变或位移突变作为矿柱整体失稳的标志.采用有限元强度折减法计算了矿柱的抗剪安全系数,通过与传统方法所得安全系数的分析比较,提出判断矿柱稳定性的抗剪安全系数标准,即当矿柱的抗剪安全系数大于1.2,此时传统的抗压安全系数大于2.6,矿柱是安全可靠的.     

采场上覆岩层塑性断裂区域和移动规律研究

采场岩体一面临空,上覆围岩的应力由原来的三向应力状态变为二向应力状态.在次生应力的作用下,随工作面的推进,上覆岩层将出现受拉区和塑性区.为此,提出了岩体断裂失稳的应力判据,该判据可以计算出顶板的拉应力区、塑性断裂区和O型圈的范围.并以白皎煤矿地质资料为背景,用3D-σ有限元分析软件,建立了采场的三维结构模型,用应力判据结合数值分析的结果,计算出了顶板拉应力区、塑性断裂区和O型圈的范围;并分析了不同步距老顶受拉区、塑性区、O型圈和顶板沉降的演化特征.研究成果可为采场压力计算和控制提供理论依据.     

基于不同失稳判据的堆载边坡稳定性分析

露天矿山边坡顶部堆载的作用会显著降低边坡的稳定性,而依据不同失稳判据确定的安全系数则会直接影响堆载边坡稳定性状态的评价。通过建立顶部堆载作用下边坡的有限元模型,从3类不同的失稳判据,即数值计算不收敛判据、塑性区贯通判据以及特征点位移突变判据入手,对比分析了堆载大小分别为25,50,75 kPa时的边坡安全系数。结果表明:坡顶堆载越大,边坡的安全系数越小;采用不同的失稳判据得出的边坡安全系数大小有一定区别,其中由计算不收敛判据得出的安全系数偏大,由特征点位移突变判据得出的安全系数偏小。结合堆载边坡的特殊工况,在实际工程中建议优先选用较为保守的特征点位移突变判据对边坡稳定性进行分析,同时将其他判据结果作为补充参考,以准确评价堆载边坡的稳定性状态。     

基于突变理论的露天矿台阶边坡失稳分析

为分析凹山采场南帮台阶边坡的滑坡,将突变理论引入边坡滑坡机制的分析,在建立边坡失稳的力学模型的基础上,推导出台阶边坡破坏失稳的力学条件判据。     

FLAC3D强度折减法在排土场边坡稳定性分析中的应用

将FLAC3D软件和强度折减法相结合,应用于露天矿排土场边坡的稳定性分析,采用位移突变判据和塑性区贯通判据来判断边坡是否发生失稳破坏,最后求出边坡的稳定性系数。用FLAC3D强度折减法计算边坡稳定系数比直接输入solve命令求解时速度快、更直观、更方便。     

隐爆角砾岩筒内矿体开采对断层安全影响研究

为研究隐爆角砾岩筒内的金铜矿体采动对F1断层的影响,建立三维数值模型,选择FLAC3D计算分析软件,拟定分段空场嗣后充填采矿法、上向水平分层充填采矿法和上向进路充填采矿法3种方案,根据不同方案提供的采场结构参数,模拟分析隐爆角砾岩筒内的金铜矿体开采后采场围岩的塑性区破坏响应。模拟分析结果表明,采用分段空场嗣后充填采矿法时,F1断层塑性区贯通,连成一片,单元破坏率高,易引发断层失稳破坏;采用上向水平分层充填采矿法和上向进路充填采矿法,对F1断层开采破坏较小,采场通过断层时稳定性较好,该2种采矿方法适合用于隐爆角砾岩筒内的金铜矿体开采。     

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。     

某铝土矿采场结构参数优化数值模拟

采场结构参数是地下矿山开采中影响开采安全和回采效率的重要因素,合理选择采场的结构参数是矿山亟需解决的技术难题。以某铝土矿采场结构参数优化为研究对象,综合分析了某铝土矿矿体的赋存条件,采用FLAC^3D三维数值模拟软件,构建了直接顶板为土状岩体的铝土矿分条回采模型。为确定较为合理的采场结构参数,分别选取7、9、11 m三种采场跨度开挖方案,分析了不同结构参数下的围岩变形、应力分布和塑性区分布特征。对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化。结果表明,7 m跨度下采场整体处于稳定状态;当跨度增加到9 m,采场顶板出现一定的塑性区;当跨度继续增加到11 m,采场顶板的塑性区范围和位移量进一步增大,采场中间存在沿条带方向出现垮冒的风险。因此,为了保证采场稳定性与安全,建议采场跨度选择9 m。研究结果对类似铝土矿矿山采场结构参数的确定具有借鉴意义。     

地应力作用下采场动静稳定性数值模拟研究

为研究地应力作用下地下金属矿山采场不稳固现象及灾变机理,以云南狮子山铜矿16中段29-38#采场为研究对象,数值模拟并分析了采后结构的静力稳定性以及地应力-爆破耦合作用下的动静稳定性.结果表明,矿柱邻近大补偿空间区域应力集中程度最高,为最危险区域;采场围岩损伤为较高应力集中下地应力-爆破应力波耦合作用的结果,大补偿空间...     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。     

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。     

落凼矿分段空场嗣后充填法采场结构参数研究

分段空场嗣后充填法是两步骤开采,采场结构参数主要是指一步骤矿柱与二步骤矿房的结构尺寸。针对拉拉铜矿落凼矿区深部矿段地下开采遇到高地压释放致采场结构不稳定问题,采用RHINO-FLAC3D进行数值模拟的方法对矿区的采场结构参数进行研究。对落凼矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体采用两种不同的采场结构参数方案进行对比,用Flac3D模拟开挖,对采区内的塑性区进行统计与分析。研究结果表明：随着采深的加大,针对该矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体,一步骤矿柱采用50m×11m,二步骤矿房采用50m×25m的结构参数更加安全稳定。     

大型深埋硬岩矿山回采优化的数值模拟研究

随着地下资源大规模开发,大型深埋硬岩矿山回采稳定性逐渐得到重视。结合某矿山可行性研究,通过前期基础性地质勘查,取得了矿区原岩应力和岩石的物理力学性质,在此基础上利用FLAC软件进行空区（群）稳定数值模拟。选择最大拉应力、最大压应力、塑性区面积、拉破坏区面积和关键点位移作为判别指标,考虑地下空区开挖过程,通过正交试验设计,分析了考虑不同稳定评价指标情况下采场结构参数对于采场稳定性影响,得出了最优的采场结构参数,通过综合分析得出了供设计参考的采场结构参数。     

隔离层厚度对露天最终边帮破坏形式及稳定性影响研究

以霍各庄铁矿露天转地下首阶段开采为工程背景,选取典型勘探线剖面,建立二维有限元数值模型,运用有限元局部强度折减法计算不同隔离层厚度下地下首阶段开采时露天最终边帮破坏形式及安全系数。分析表明,霍各庄铁矿地下首阶段开采时,隔离层厚度低于19 m时会造成露天最终边帮失稳,隔离层厚度在19~28 m范围内时,顶帮塑性变形区由坡脚先向首阶段采空区上盘侧壁发展,再向坡顶扩展贯通,隔离层厚度在28~50 m范围时,顶帮塑性变形区直接由坡脚贯通至坡顶; 顶帮安全系数随隔离层厚度增大而增大,但增长速率逐渐减小,隔离层厚度超过45 m时,顶帮安全系数变化不再显著; 底帮塑性变形区由坡脚贯通至坡顶,且安全系数无变化,底帮破坏形式和稳定性受隔离层厚度影响较小; 霍各庄铁矿考虑边帮稳定性时隔离层厚度应不低于25 m。研究结果可为霍各庄铁矿及类似露天转地下开采矿山合理隔离层厚度的选择提供指导。     

充填法两步回采采场结构参数优化

后观音山铁矿露天转地下交接工作已基本完成, 为了选取合理的采场结构参数, 根据矿岩与充填体力学参数, 运用ANSYS有限元分析软件, 对充填法两步回采的采场结构参数进行了优化。利用ANSYS模拟不同采场的结构参数、采场顶板厚度及多采场回采模式下的采场应力状态和变形情况, 综合分析模拟结果, 最终确定最优方案。模拟结果表明: 采场结构参数为20 m矿柱、30 m矿房的模型为最佳方案。该结果在矿山应用中取得了很好的效果, 确保了地下矿产资源回采的安全性和高效性。     

大直径深孔空场嗣后充填法采场结构参数优化及稳定性分析

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1 000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的开采方案,采用FLAC^3D软件开展了4组采场结构参数条件下的采场稳定性数值模拟,从而优选出合理的高中段大采场结构参数。Mathews稳定图法采场顶板、侧帮暴露尺寸与水力半径的关系分析表明,当采场顶板跨度为15 m、中段高度为100 m时,采场长度应小于46 m。数值模拟结果表明:二步骤矿柱宽度从15 m增加至19.5 m时,采场顶板的位移、塑性区体积随着跨度增大而增加,底部结构堑沟的两帮安全系数较低且易发生部分剪切破坏。数值模拟与Mathews稳定图法分析结果一致,确定了大直径深孔空场嗣后充填法的最优采场结构参数为采场长度45 m,一步骤矿房宽15 m,二步骤矿柱宽18 m,采场高100 m。研究结果为实现倾斜极厚矿体高中段大采场安全回采提供了理论支撑。