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。     

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。     

坑内矿山采空区的处理

坑内矿山在回采矿房储量的过程中形成了空区,而这些空区是用矿房之间和中段之间的矿柱来支撑的。由于继续回采,形成的空区也逐渐扩大,就会造成继续回采的困难,也无法回收矿柱。当空区扩大到应力集中系数超过矿柱强度的允许值时,矿柱就自行崩落,使上盘突然塌陷,造成坑内事故。     

白山泉铁矿残留矿柱回收技术及空区处理

结合矿山的实际情况,借鉴国内其它相似矿山的矿柱回收经验,对白山泉铁矿一中段的矿柱进行回收利用,并根据现场情况对采空区进行处理,保证下阶段矿房回采的安全性。矿柱回收采用分段凿岩间柱一次性爆破顶柱和间柱的方案,采空区处理采用下向平行深孔崩落顶柱充填采空区的方法,实践证明,矿柱回收方案是合理的,经济效益和空区处理效果良好,可为国内类似矿山提供参考。     

佛子矿104号矿体复杂多层采空区处理技术研究

佛子矿104号矿体经过多年浅孔留矿法开采,在矿体上部遗留了大量的采空区及矿柱;由于前期的无序处理,形成了复杂的空区赋存现状,对下部矿体的安全开采带来了严重威胁。为了科学地制定空区处理措施并回收矿柱,通过数值计算结合理论公式法对104矿柱稳定性进行对比分析,确定了各空区残留矿柱的安全系数;结合矿山现有技术条件,在综合考虑采空区安全处理及矿柱有效回采的基础上,提出了崩落充填相结合的处理方案;采用FLAC3D软件对拟定方案进行了数值模拟分析。计算结果表明：崩落充填相结合的处理方案通过强制崩落法与充填法相结合,使上部应力集中区围岩得到充分移动垮落,下部空区得到充实,达到崩柱放顶卸压、控制岩移的目的,能有效地消除空区隐患并回收矿柱,为矿山安全、经济、合理地处理采空区提供了指导。     

下盘铁矿矿柱爆破回采对上盘矾矿稳定性影响分析

根据七角井铁矿下盘铁矿体和上盘矾矿体的空间赋存关系,如果对铁矿体预留的矿柱进行回采,很有可能对矾矿体的稳定性造成重大影响。为了保障矾矿体的安全高效开采,在回收下盘铁矿体预留矿柱的同时,尽可能减小对矾矿体稳定性造成影响,提出了2种矿柱回收方案和空区处理方案,矿柱回采方案为间隔间柱抽采法和间隔间柱控制爆破堆坝法,并对2个方案进行了数值仿真模拟,模拟结果显示：采用方案一可有效控制上盘围岩的垂直位移量,最终位移量仅为10.83 mm,而采用方案二开挖上盘围岩的垂直位移量较大,达到17.45 mm,可能会造成上盘围岩的坍塌,最终确定方案一为矿柱回收和空区处理方案。     

复杂条件下矿柱回采的相似材料模型试验

在空区末充填的情况下回采矿柱,矿柱与采空区顶板的稳定性是一个关键问题。利用相似理论,建立矿柱回采的平面应力相似材料模型,通过观测模拟矿柱开挖过程的应力与变形变化情况,研究了狮子山铜矿西山特大空区下矿柱回采过程的应力变形的变化规律,结果表明,采用分步凹采预帮永久矿柱的回采方案是可行的,矿柱凹采过程中永久矿柱和采空区顶板足稳定的。矿柱回采的实践证明了相似材料模型试验结果是正确的。     

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。     

缓倾斜薄矿体开采空区群精确数字化及稳定性分析

为分析缓倾斜薄矿体回采形成的大量空区的稳定性,根据空区位置和开采现状,采用激 光 3D 扫描进 行空区数字化,建立精确的空区群三维形态模型和数值计算模型。对建立的空区群数值模型进 行计算,按照下行 式和前进式的回采顺序逐步模拟形成空区群,得到了次生应力平衡之后的最大主应力云图、最 小主应力云图、位移 云图。数值模拟结果表明矿柱尺寸对采空区群的稳定性影响很大,矿柱靠近顶板的位置为应力 集中部位,给空区 群模型留设合理尺寸的矿柱时,顶板和矿柱内的位移趋于定值,处于稳定状态。按照现有空区 群内留设 10 m×6 m 间柱的情况下,经过数值模拟分析,空区群表现为稳定状态。     

复杂空区群下倾斜中厚难采矿体的开采及空区处理技术研究

某矿建矿有20多年的历史,矿山开采过程中未对空区进行处理,矿体回采后留下了大量的采空区,给井下安全生产造成极大威胁。对该矿1304中段以下的大部分空区进行了实地测量。结合该矿70号脉的地质条件、开采现状及空区现状与稳定性等实际情况,对矿柱回采及空区处理过程中采空区周围岩体的应力分布规律进行数值模拟分析,论证隔一采一矿柱空场回采嗣后放顶处理空区方案的可靠性,为以后的空区处理和今后的安全生产提供可靠的依据。     

双侧采空不规则煤柱稳定性分析

为确定某矿3303工作面不规则煤柱处于两侧采空状态时的稳定程度,通过数学模型对不规则煤柱最小安全尺寸及煤柱稳定性系数进行计算,在此基础上,以数值模拟对不规则煤柱两侧采空状态下的应力变化规律展开分析。结果表明:煤柱最小安全尺寸为31.2 m,大于3303工作面推进36.5 m范围内不规则煤柱尺寸;煤柱稳定性系数为1.14,根据煤柱稳定性判别指标判定煤柱为稳定状态;不规则煤柱应力随工作面推进距离增大呈上升趋势,最大应力值与理论计算煤柱承载强度最小值基本一致;综合评定双侧采空状态下,不规则煤柱能够保持稳定。     

综放沿空掘巷窄煤柱稳定性数值模拟研究

为改善沿空掘巷维护状况、提高煤柱回收率,通过数值模拟分析,研究了综放沿空掘巷窄煤柱的稳定性以及合理的煤柱宽度,为在同类条件下确定合理的沿空掘巷窄煤柱宽度提供了借鉴。     

厚煤层刀柱采空区集中应力影响范围理论判据研究

针对资源整合矿井厚煤层刀柱采空区煤岩应力集中问题,结合刀柱工作面开采方式和煤岩地质赋存条件,利用弹塑性力学半平面体理论和刀柱采空区煤岩受力特点,建立了刀柱工作面煤岩体力学模型,推导出刀柱采空区应力分布计算公式,并对单个和多个刀柱时应力分布规律、影响范围以及主要影响因素进行了对比研究,得出多个刀柱叠加作用下集中应力影响范围是单个刀柱影响范围的2.5~3.0倍,随刀柱数量的增加,竖直方向影响范围的增加速率逐渐减小,当刀柱数量达到20个时应力影响范围趋于稳定;水平方向影响范围受刀柱数量影响较小,确定了以竖直应力的影响范围作为判断刀柱影响范围的依据。结合杨涧煤矿刀柱工作面开采实际,计算得出刀柱采空区在竖直方向的影响范围为10.6 m,会对9号煤层复采工作面的回采造成影响,并提出了复采工作面合理设计原则和刀柱应力释放措施。     

强动力条件下沿空掘巷煤柱稳定性及合理留设分析

针对强动力条件下煤柱的稳定性和合理留设问题,以高家堡煤矿204工作面为研究背景,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对比分析了4~30 m煤柱的应力分布和变形破坏特征,确定了留设煤柱宽度为6 m。通过分析变形特征和支承压力分布特征,将煤柱稳定状态分为破裂区、卸载区、弹性区3个区;分析认为,宽度合理留设应考虑使巷道处于应力降低区、煤柱自身稳定性、有利于提高煤炭采出率、满足隔离采空区需要的4大原则。现场实践表明,巷道掘进采用该煤柱宽度之后,巷道浅部围岩变形量小且易于控制,取得了良好的施工效果,既提高了煤炭回采率又便于防冲安全管理。     

大型残留矿柱回采时采空区处理方案研究

采空区处理及矿柱回采关系到生产的连续性及安全性。针对青铜沟汞锑矿550中段大型高品位矿柱残留的问题,首先回采前使用人工混凝土矿柱支护空区,施工方案根据经验公式进行设计与稳定性分析,结果可行;其次保留原有点柱及大型矿柱中的部分点柱支撑顶板岩体;最后采用嗣后全充方案,充填整个采空区。该方案既保障人员作业过程中的安全,又争取高品位矿柱尽可能全部回收。     

唐山沟煤矿11号煤层采空区煤柱稳定性分析

为了确定唐山沟煤矿11号煤层采空区煤柱稳定性,分析了其采空区煤柱类型,选择了适合该矿煤柱类型的煤柱载荷与煤柱强度计算方法,对三类煤柱进行了计算分析,得出了采空区煤柱稳定可靠结论,并对安全开采8号煤层提出了建议.     

某金矿残留矿柱回采的稳定性研究

采用工程地质调查、现场应力变化监测、声波测试结合三维有限元数值分析方法，对某金矿残留矿柱回采方案进行研究及稳定性分析，确定回来区优势结构面、主要承载矿柱以及矿柱临近破坏的声速值。结果表明，小矿柱更易破坏，顶底枝比间柱回来稳定性好，采场留中间采端部的底柱回来方案围岩稳定性最好，距地表500m以下的采场回来底柱时应加大人工项枝的高度，回采主要承载矿柱必须采取安全措施。     

厚煤层预采顶分层综放工作面区段煤柱合理宽度留设研究

针对厚煤层预采顶分层综放工作面区段煤柱合理宽度留设的问题,以山东金桥煤矿1308工作面为工程背景,运用理论分析、公式计算、数值模拟的方法研究了煤柱的合理宽度范围、应力分布规律、塑性区分布特征,从而确定合理宽度值。研究表明:为确保煤柱中部没有过高应力叠加现象,煤柱宽度应大于21.9 m;煤柱宽度在14~22 m之间时,中部逐渐形成弹性区,两侧采空区在煤柱中应力叠加较强,应力峰值较高,煤柱的稳定性较差;煤柱宽度在22~32 m之间时,煤柱中部有足够弹性区宽度,两侧采空区的应力在煤柱上叠加程度较弱,稳定性高。因此,合理的区段煤柱宽度是22 m。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力.研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟...