高阶段采场充填体数值稳定性分析

胶结充填体的稳定性对金属矿山的高效回采极为关键。为此,运用数值模拟的方法,综合考虑采场实际结构,设置合理的物理及力学参数,对紫金山金铜矿深部X₁号矿体采场进行模拟、稳定性分析。在矿房、矿柱布置18个位移观测点,记录各测点在一步骤矿房开挖、充填,二步骤矿柱开挖、充填整个过程中的变形特性。根据采场应力分布,塑性区分布,位移变化,判断采场的稳定性、分析高阶段范围下充填体的稳定作用过程。     

采场二步骤回采充填体稳定性分析研究

阿舍勒铜矿采用大直径深孔嗣后充填法二步骤回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。本文以0 m中段北1 #采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析,建立数值计算模型,基于Phase2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算分析,综合分析得出：矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求,试验采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,说明矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

阿舍勒铜矿二步骤采场回采充填体稳定性分析

阿舍勒铜矿采用大直径深孔阶段空场嗣后充填法回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。以0m中段北1#采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析。建立数值计算模型,基于Phase 2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算。结果表明,矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求。采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

隔离矿柱回采稳定性影响因素的正交试验分析

通过分析隔离矿柱在回采过程中的影响因素,结合工程实际,选取了隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）、侧壁厚度（B）、采场长度（C）、采场宽度（D）、是否采一充一（E）和第二步骤充填是否采用全尾砂胶结充填（F）6个影响因素,每个影响因素取2个水平,选用L₈（2⁷）正交表,确定了8个模拟试验方案。建立了隔离矿柱回采模型,对隔离矿柱开挖之前的应力分布进行反演分析,运用FLAC^3D数值模拟软件对正交试验方案进行开挖模拟运算,分析了各个方案隔离矿柱回采之后的应力分布情况及其位移变化,得出模拟结果。分析结果显示：A、B、C、D、E、F 6个影响因素产生的Y方向位移极差分别为4.8、0.698、1.404、1.305、1.623、0.164 mm,即隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）对其稳定性影响最为显著,而第二步骤是否采用全尾胶充填（F）影响最小。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

基于协同理念的地下采场稳定性分析及结构参数优化

针对某大型露天-地下联合开采铜矿山的开采现状,将协同理论引入地下采场的稳定性分析,主要考虑了地下采场中矿房、矿柱以及充填体假柱在结构尺寸上的协同作用,对原有采场结构参数进行了改进。为保证改进后地下采场在巷道掘进及矿房回采过程中的稳定,对3个充填方案下掘进巷道和回采采场的稳定性进行了数值模拟。结果表明：对于不同的充填方案,在待开挖矿体中掘进较大尺寸的巷道,其巷道基本稳定;回采过程中,其采场的稳定性与充填体刚度相关,充填体的刚度高低结合,采场应变、位移较理想。底部块石胶结、上部尾砂胶结充填是地下采场的首选方案;采用的大采矿横巷9 m扩底采场结构方案,回采过程中,采场顶板的稳定性提高了,同时出矿巷道的变形较小、保持稳定,该改进采场结构参数具有明显的优势。     

山东某铁矿矿柱回采及稳定性研究

为了避免高品位矿石浪费,对山东某铁矿的保安矿柱 进行了回采方案研究,应用简支梁模型计算矿房顶板应力、 应变规律,同时利用概率积分法建立地表下沉盆地剖面方 程,对地表下沉位移进行计算求解;在理论分析的基础上,利 用 FLAC3D数值模拟软件对预留矿柱内矿房回采充填前后 的采场稳定性进行评价,同时对矿柱回采造成的地表位移与 含水层位移进行分析。研究表明:①理论计算得到矿柱回采 完成后顶板最大竖直位移为11.8 mm,地表沉降最大值为 16.7mm,地表最大倾斜为i=0.03mm/m 远小于Ⅱ级建筑 允许值i=3 mm/m;② 数值模拟结果显示,回采全部矿房 后,矿房顶板下沉最大值为 37.49 mm,地表位移最大值为 10.6mm,含水区最大位移为14.03mm,护顶矿柱最大位移 为17.72mm;③数值模拟矿房全部回采后采场整体应力较 低且均匀分布,无应力集中,且无塑性区分布,采场稳定性良 好;④理论计算与数值模拟结果表明,矿柱内矿房全部回采 对矿房、地表、含水层和护顶柱均无显著影响,嗣后胶结充填 保证了矿柱回采的安全性。     

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FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。     

鸡笼山金矿采场结构参数的数值模拟分析

根据鸡笼山金矿盘区机械化分层充填采矿法的特点及工程地质与环境条件,建立了其采场模型,对其开挖过程进行了模拟分析。根据计算结果,优化确定了尾砂胶结充填体的配比及采场矿房矿柱的尺寸。     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

基于正交试验的空场嗣后充填采矿法采场参数的确定

采场参数直接影响矿山采场安全性以及经济效益,以云南某矿山为例,利用正交试验设计方法,研究不同矿房、矿柱尺寸,以及充填体不同沉降率时,围岩塑性区显现规律。得出以下结论:影响位移量的主次顺序为矿房尺寸矿柱尺寸充填体沉降率,其最佳组合为A1B4C1,随着矿房尺寸的逐渐增大,位移量呈上升趋势,且上升幅度较大,随着矿柱尺寸的增大,位移量逐渐减少;影响塑性区体积大小的主次顺序为矿房尺寸充填体沉降率矿柱尺寸,其最佳组合为A1C1B4,塑性区体积随着矿房尺寸的增大而逐渐增大,随着充填体沉降率的增大而逐渐减小。最终选取矿柱6m,矿房跨度35m的采场结构参数。     

程潮铁矿充填体下部崩落采场稳定性分析

程潮铁矿西区计划将矿柱回收采场由充填法转为崩落法开采,原充填采场结构复杂,造成其下方围岩应力分布不均,不利于开挖采准巷道的稳定性,故需对巷道开挖前后的围岩应力分布特征进行研究。采用室内相似模拟试验和数值模拟相结合的方法,分析了采准巷道开挖前后的围岩应力分布规律及巷道稳定性。研究表明：①由于原充填采场矿房矿柱采用间隔布置形式,导致其下方围岩应力分布紊乱,采准巷道开挖后局部存在拉应力,且应力集中现象明显;②充填采场下方围岩压应力达到崩落体下方的2倍,巷道开挖面临较高且不均匀的应力分布环境,可采取锚杆联系链技术进行支护,目前该支护方法在现场试验中已达到预期效果。研究结果对于程潮铁矿下一步开拓工程施工有一定的指导意义。     

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响规律研究

空场嗣后充填采矿法对围岩及地表的影响,利用正交试验设计方法,研究不同矿房、矿柱尺寸,以及充填体不同沉降率时,围岩及地表的应力应变显现规律。结果表明,顶板拉应力值的大小不仅仅跟采场跨度有关,与矿柱尺寸、充填体是否接顶及沉降率密切相关。从整体位移可以看出,不同计算方案,地表或多或少都会出现沉降变形,位移最大位置出现在矿体开挖上部。同一计算方案不同位置位移量存在关系:矿房位移矿柱位移地表位移。在上下盘断层位置处,均出现明显的位移阻隔现象。矿房尺寸相同的条件,位移量随着矿柱尺寸的增大而减小。矿房尺寸大于一定值时,矿体的开采将会对地表产生影响,存在一定安全隐患。     

某铁矿充填法开采的有限元分析

针对某矿山开采后稳定性受影响的问题,对矿体进行了三维弹塑性有限元分析研究,模拟了某铁矿原崩落开采及拟采用的充填法开采的过程,得到隔一采一全留矿石矿柱时所留的矿柱稳定,采高60 m时充填体稳定性较好,不同矿房矿柱尺寸时充填体内的屈服破坏区在较小尺寸时较小或没有,最后得出了优化的采场结构参数。     

矿山隔离矿柱回采稳定性分析及开采方案研究

冬瓜山铜矿在进行完大规模1步骤矿房回采和2步骤矿柱回采后,形成了大量的采空区和充填采场,致使岩体应力分布十分复杂,盘区隔离矿柱的回采条件已发生根本性改变。通过对开采状态的调研分析,以52-54线隔离矿柱为例,提出了2种隔离矿柱回采方案,从开采难度、矿石回收率、采切工程量等方面进行了对比分析,并结合数值模拟软件FLAC^3D对2种矿柱回采方案进行了模拟。模拟分析显示：方案1隔离矿柱在回采过程中侧壁出现了较大的位移,容易形成侧壁垮塌,并且其塑性区面积较大;方案2在隔离矿柱回采后,采场侧壁位移很小,对于在回采过程中出现的应力集中区域,减小矿房跨度,避免矿壁受到进一步破坏,回采作业对围岩的影响最小。通过综合比较,认为方案2较为合理,为可行性较高的方案。     

程潮铁矿充填体下部崩落采场稳定性分析

程潮铁矿西区计划将矿柱回收采场由充填法转为崩落法开采，原充填采场结构复杂，造成其下方围岩应力分布不均，不利于开挖采准巷道的稳定性，故需对巷道开挖前后的围岩应力分布特征进行研究。采用室内相似模拟试验和数值模拟相结合的方法，分析了采准巷道开挖前后的围岩应力分布规律及巷道稳定性。研究表明：①由于原充填采场矿房矿柱采用间隔布置形式，导致其下方围岩应力分布紊乱，采准巷道开挖后局部存在拉应力，且应力集中现象明显；②充填采场下方围岩压应力达到崩落体下方的2倍，巷道开挖面临较高且不均匀的应力分布环境，可采取锚杆联系链技术进行支护，目前该支护方法在现场试验中已达到预期效果。研究结果对于程潮铁矿下一步开拓工程施工有一定的指导意义。     

秩和比法耦合数值模拟优化采场结构参数研究

为了得到合理的采场结构参数, 在地应力测量的基础上, 利用FLAC^3D对内蒙古获各琦铜矿CuⅠ矿体采用的上向水平分层充填采矿法采场在不同结构参数下的稳定性进行了研究, 并分析了矿房围岩的应力与位移在不同结构参数(如矿柱宽、矿房宽、控顶高度)下的变化情况。结果显示: 开挖矿房两帮出现最大位移和最大拉应力, 顶板出现最大压应力。从安全角度出发, 采用秩和比法对正交设计的9种方案模拟结果进行优选, 从经济角度分析, 得出获各琦铜矿采场最佳尺寸组合为矿柱宽10 m, 矿房跨度10 m, 控顶高度7 m。     

大冶铁矿充填法采场结构参数校核与建议

结合大冶铁矿矿床开采技术条件,对东采-180m水平空场嗣后胶结充填采矿法的采场结构参数进行了校核计算和模拟分析。首先采用力学模型法,将采场顶板简化为简支梁,计算顶板的最大跨度以确定采场结构参数范围,并对矿柱的强度进行计算。其次采用FLAC软件进行数值模拟分析,采用"隔一采一"的开采顺序对矿房和矿柱进行分步开挖,通过对应力分布规律、塑性区和位移变化规律的分析,求解安全系数,并综合开采效率和安全系数等因素,提出了大冶铁矿充填法采场结构参数范围建议。     

基于数值模拟的采场结构参数与充填强度匹配性研究

针对新田岭钨矿区厚大矿体的赋存特征,利用FLAC3D数值模拟软件,分析了矿房宽度、矿柱宽度、底板充填体厚度、矿房充填体强度、底板充填体强度等对开采后围岩顶板沉降位移的影响。结果表明:一步骤回采矿房时,矿房宽度对顶板沉降变形的影响最大;二步骤回采矿柱时,矿房宽度及矿房充填体强度对顶板沉降变形的影响较大;下部中段回采时,底板充填体强度、矿房宽度以及矿柱宽度对顶板沉降变形的影响较大。综合上述3个研究结果,矿房宽度对顶板沉降变形的影响最大,其次是充填体强度,顶板沉降变形与矿房宽度呈正相关关系,而与充填体强度呈负相关关系。