胶结充填体矿柱失稳的临界爆破振速理论模型及应用

临界爆破振速是影响胶结充填体矿柱稳定的关键因素,目前理论研究相对薄弱。本文综合考虑覆岩和自重力、爆破扰动力和充填体侧压力对胶结充填体矿柱的耦合作用,构建了矿柱失稳临界爆破振速理论模型,给出了拉伸、压缩和综合破坏的临界振速v_(tmax)、v_(cmax)、v_(max)数学表达式,定量研究矿柱临界爆破振速与充填体的灰砂比、高度(h)及宽度(b)尺寸因素之间关系。结果表明:在外力耦合作用下,当矿柱几何尺寸保持一定时,临界爆破振速随着灰砂比增加而增大;当矿柱宽度一定时,临界振速随着高度增加而逐渐减小,破坏形式由拉伸破坏转为压缩破坏;当矿柱高度一定时,临界爆破振速随着宽度增加而增大,充填体的破坏形式为拉伸破坏。现场工程验证了理论模型的计算结果合理性。研究成果为矿山安全生产提供理论支撑。     

缓倾斜铝土矿空场法开采矿房跨度研究

运用简支梁理论分析计算了缓倾斜铝土矿空场法开采条件下的矿房合理跨度,并利用数值模拟的方法对理论计算结果进行计算机模拟,结果显示运用简支梁模型计算得到的矿房跨度是合理可行的,不仅能够保证回采作业的安全,而且提高了矿石的回收率,为矿房跨度的确定提供了一种新方法。     

基于FLAC3D的煤系地层覆盖下铝土矿采场结构参数优化研究

针对某铝土矿面临煤下铝资源开采的迫切需求,实现我国煤及煤下铝资源统筹兼顾、综合利用,利用FLAC~(3D)软件模拟采场结构参数不留护顶矿层和护顶,矿层厚度分别为0.5 m、0.4 m、0.3 m三种情况进行优化,结果表明:不留护顶矿层的情况下,切割上山巷道回采过程会造成上部顶板和巷道间矿柱发生较严重破坏,影响切割上山和下步回采的安全;0.5 m的护顶厚度,虽然能够有效控制顶板,避免大面积破坏,但局部仍有一定程度剪切、拉剪破坏,并且在退采阶段塑性区范围比较大。建议在原有采矿方法的基础上,护顶矿层厚度不得小于0.5 m的同时,回采时还应加强局部支护。     

倾斜矿体采空区非对称顶板-矿柱结构体协同承载机理

为解决倾斜矿体回采后大倾角顶板和非对称空区可能引发的采空区支撑结构体变形及破坏失稳问题,以某石灰石矿非对称顶板-矿柱支撑结构体为研究对象,构建结构体承载力学模型,求解顶板挠曲变形值及矿柱安全系数,分析不同倾角、跨度比下顶板变形特征及矿柱失稳破坏模式,研究其协同承载机理。结果表明：顶板变形、矿柱失稳破坏模式受采空区倾角θ和跨度比λ的双重影响,顶板变形大小随着θ的增加表现为双增长率,与λ的关系伴随着θ的变化而变化。矿柱失稳破坏模式受θ的影响程度随着λ的增加而减小,当0°<θ≤30°时,矿柱主要为小偏心受压破坏;当θ=0°和30°<θ≤60°时,随着λ值的增加,矿柱破坏模式从大偏心受压破坏向小偏心受压破坏转变。顶板维系采空区稳定的能力随着θ的增加逐渐降低,矿柱维系采空区稳定的最优λ值随着θ的增加逐渐减小,矿柱约束顶板变形作用大小随着λ的增加而降低。数值模拟和工程实例验证了理论计算结果的可靠性,为地下空场法矿山安全开采提供一定的理论支撑。     

提高井下采场高矿柱稳定性的措施

井下采场的稳定性与矿柱有着直接的联系,其支撑作用有效保证了整个采场的稳定,同时对矿石的回采也有一定积极意义。本文在结合大红山铜矿生产实际经验基础上,提出几点预防矿柱失稳的措施以及坍塌矿柱的处理方法,旨在对指导采场安全有效开采提供一定的理论及实践基础。     

金属矿海底开采合理矿柱框架构建（英文）

为实现三山岛金矿海底矿床的安全开采,设计5种保安矿柱留设方案。利用重整化群方法,探索矿柱群的破坏机理,得出保证海底开采的矿柱安全系数。通过FLAC~(3D)数值模拟,对5种矿柱框架构建方案进行计算,分析不同矿柱框架留设方案的位移特征、应力-应变演化规律、塑性区分布及破坏范围。对顶板沉降及矿柱的安全系数进行评价,从而选出合理的矿柱框架方案。此外,利用模糊综合评判法对所选矿柱框架构建方案进行验证。所选定的最佳方案的矿柱安全系数为2.06,并且顶板位移量最小。此方案沿矿体走向每隔50 m设置10 m间柱,在127、151和167勘探线设置15 m间柱。本研究对海底开采矿柱结构的优化设计具有指导意义。     

STABILITY ANALYSIS OF THE SUBLEVEL CAVING METHOD

本文归纳了用线弹性和非线性的弹-塑性有限元法对于在不同应力场条件下的分段回采巷道的应力分析的结果。从分析中发现,在废石已崩落的分段水平或崩矿的分段水平下面的分段回采巷道将出现临界应力集中。在爆破和放矿的循环中,如果中央回采巷道开采滞后时,将在该进路巷道出现拉伸和剪切破坏。在水平应力场条件下,回采巷道顶板的所有拉伸破坏都不再出现,只有在回采巷道底板上将出现轻微的屈服。与在重力应力场下的分析结果互相比较,当水平应力随着深度增加以后,在分段回采巷道附近的屈服破坏带将会大大变小。然而,预料将有另一种破坏出现,这就是在矿石柱体的测面的中部可能出现过分大的剪应力而导致的剪切破坏。 从分段崩落法稳定性的研究中,可以得出两个主要结论:(1)回采巷道的宽度必须仔细地控制在一定的范围内,并且要选择好恰当地回采顺序;(2)分段崩落法可以用于开采深部矿体,如果将矿柱宽度随开采深度而作相应的增加的话。     

分段崩落采矿法的稳定性分析

本文归纳了用线弹性和非线性的弹-塑性有限元法对于在不同应力场条件下的分段回采巷道的应力分析的结果。从分析中发现,在废石已崩落的分段水平或崩矿的分段水平下面的分段回采巷道将出现临界应力集中。在爆破和放矿的循环中,如果中央回采巷道开采滞后时,将在该进路巷道出现拉伸和剪切破坏。在水平应力场条件下,回采巷道顶板的所有拉伸破坏都不再出现,只有在回采巷道底板上将出现轻微的屈服。与在重力应力场下的分析结果互相比较,当水平应力随着深度增加以后,在分段回采巷道附近的屈服破坏带将会大大变小。然而,预料将有另一种破坏出现,这就是在矿石柱体的测面的中部可能出现过分大的剪应力而导致的剪切破坏。从分段崩落法稳定性的研究中,可以得出两个主要结论:(1)回采巷道的宽度必须仔细地控制在一定的范围内,并且要选择好恰当地回采顺序;(2)分段崩落法可以用于开采深部矿体,如果将矿柱宽度随开采深度而作相应的增加的话。     

对猫场铝土矿开采方案的讨论

猫场铝土矿红花寨矿体将军岩矿段矿体厚度大、连续性好、品位高且含硫少,选为首采矿段无疑是正确的。矿体埋深300m,用斜坡道汽车运输矿岩方案尚须进一步技术经济论证。苦实行分区同时开采,便于综合配矿。开拓矿井应一次掘至最下部矿体,虽然基建投资较大,但投产后有利于生产衔接,经济上还是有利的。按上行顺序开采,有利于疏干排水,实行坑内废石不出境,在经济上具有明显优势。应着重研究下盘箕斗辞井或皮带斜井为主开拓矿井、钟坡道为辅开拓矿井的开拓方案。认为切顶房术法优于杆柱房柱法。矿房中间距可由15m增至20m,连续矿柱应由5m至8m。切顶后对矿拄喷浆加固是心必要的和有效的。     

空区处理与矿柱回采方案的优化分析

矿山的空区处理及矿柱回采,关系到生产的连续性及安全性,是生产中的一道难题。本文结合实际,论述了空区处理、矿柱回采的方案及技术经济优缺点,并选取了最优方案。     

金属矿滨海基岩的安全开采技术(英文)

三山岛金矿新立矿区是我国第一个滨海开采的金属矿山,要使生产能力在安全开采的前提下达到6kt/d,高强度开采势必扰动原岩地应力场,破坏矿岩的稳定性。通过矿岩、充填尾砂取样、试验及原岩地应力场的测定,建立任意点的应力—应变强度折减过程与莫尔-库仑准则条件下的安全系数法计算模型,计算出矿山在动态回采过程中矿岩的安全系数及其相对应的极限位移沉降量。通过为期3年的现场滨海开采实践及多点位移计岩移监测,结果表明:低沉降框架式上向分层充填法、采场结构参数、盘区回采顺序及安全系数法矿岩稳定性分析、现场实时监测为滨海基岩开采提供了技术支撑。     

位移反分析的模式搜索支持向量机方法及其应用

针对现有位移反分析方法所存在的反分析模型复杂、计算量大、分析过程人为干预多、求解难度高等问题,提出采用模式搜索算法优化支持向量机,建立一种位移反分析的模式搜索支持向量机方法(PSA-SVM)。以湖南某矿山一个地下矿房为例,应用所建方法对其围岩力学特性参数进行反演,并对该矿房围岩稳定性进行数值模拟计算,分析矿房回采后对地面沉降的影响;并将模拟计算结果与长期监测结果进行比较分析。结果表明:这种位移反分析的模式搜索支持向量机方法的反演结果与实际值吻合良好,完全能够满足工程应用的要求;此外,该方法还具有模型建立简捷、参数调节明确且结果为全局最优等特点,是一种优异的位移反分析方法。     

铝土矿采场矿石顶板承载机理与厚度优化

基于弹性薄板理论,分析矿石顶板破坏的主要规律,推导矿石顶板的厚度求解公式.研究结果表明:矿石顶板中心的拉应力是矿石顶板破坏的主要原因,根据该点的极限破坏条件推导出矿石顶板的厚度求解公式;以某铝土矿第10采场为工程案例,经过求解,该采场最优矿石顶板厚度为0.36 m,考虑安全系数为1.3,设计矿石顶板厚度为0.5 m;在...     

缓倾斜中厚矿体房柱法回采方案优化与应用

麦坝矿区小长冲河矿段矿体倾角18~44°,厚4~16 m,为缓倾斜薄至中厚矿体。岩层节理裂隙发育,结构面倾角分布复杂,顶板岩层不稳固。针对该复杂地质情况,用模糊数学优选法对不同的采矿方法进行分析比较,确定采用房柱法开采。在此基础上提出了房柱法的3种不同回采参数方案,并采用三维非线性有限单元法程序3D-σ对其模拟分析,确定了合理的回采参数方案二,并用于工业实践。矿山实际应用表明,采用回采参数优化的房柱法回采,防止了局部冒顶事故的发生,消除了采矿作业过程中的安全隐患。为同类矿床的开采提供借鉴和技术支撑。     

滨海大型金矿床取消矿柱及房柱交替采矿的新工艺

针对三山岛金矿条件,研究了深部开采取消点柱的工艺技术。首先,调查测试了矿岩物理力学参数,并对矿岩质量进行了分级。其次,在详细分析上下盘及矿体的物理力学特性的基础上,对三山岛金矿深部开采取消矿柱进行了有限元数值模拟,研究得出-555m水平以下矿体的开采可全面取消矿柱。最后,结合矿床条件,提出了房柱交替式盘区上向分层充填采矿新工艺。工业试验结果显示,该新工艺大幅度提高了单位面积开采强度,对岩层扰动小,盘区生产能力大,矿石损失贫化小,获得了显著的经济效益。此外,对三山岛金矿由于深部开采而导致的地表沉降利用ANSYS软件进行分析,同时对岩层变形进行了监测。结果表明,三山岛金矿深部开采取消矿柱和采用房柱交替采矿新工艺后能够有效控制岩层变形,从而可实现滨海大型金矿床安全高效低贫损开采。     

基于混合整数规划法的采场回采顺序优化分析

针对地下矿山传统编制生产计划时存在的随意性大、效率低、不能编制出最优生产计划的弊端,提出运用混合整数规划法解决采场回采顺序优化问题的方法。对无底柱分段崩落法的采场回采顺序进行科学系统的分析,以计划周期内贴现值最大化为目标函数,综合考虑逻辑、设备数量、空间顺序等约束条件,构建采场回采顺序优化的混合整数规划模型;在MATLAB环境下采用YALMIP编写模型语言并调用CPLEX求解器进行求解,进而得到采场回采顺序的最优布置方案。结果表明:此方法科学可行,克服传统手工方法编制生产计划的弊端,实现资源合理高效开采,对指导矿山的实际生产有重要的意义。     

基于模糊PID温度控制的锻造AZ61镁合金性能研究

采用三种不同方式对AZ61镁合金锻造温度进行了控制,测试和分析了锻件的力学性能、磨损性能和显微组织。结果表明,锻造温度的模糊PID控制有助于细化锻压态AZ61镁合金晶粒,提高合金的强度和磨损性能。与无PID控制相比,模糊PID控制获得的锻态AZ61镁合金抗拉强度增大24 MPa(从290 MPa增加到314 MPa),屈服强度增大26 MPa(从185 MPa增加到211 MPa),磨损体积减小22×10~(-3)mm~3(从42×10~(-3)mm~3减小到20×10~(-3)mm~3),平均晶粒尺寸减小9.3μm(从17.4μm减小到8.1μm)。     

挤压态AZ631M镁合金显微组织及高温变形行为研究

研究了不同挤压比和挤压温度(挤压桶温度)对AZ631M镁合金晶粒尺寸和力学性能的影响,探索了挤压态AZ631M镁合金最优时效处理工艺和热加工工艺。实验挤压比选用9、32、41、81,挤压温度为200、250、300℃。热处理采用挤压后固溶+时效(T6)和直接时效(T5)处理2种方式,绘制了在变形温度为300~450℃和初始应变速率为5×10~(-2)~5×10~(-4)s~(-1)的热加工图。结果表明:随着挤压温度从300℃降低到200℃,合金晶粒尺寸从31μm减小到14μm,抗拉强度从325 MPa增加到368 MPa,伸长率从13.6%增加至17.3%。随着挤压比增加从9到81,合金晶粒尺寸从24μm减小至8μm,抗拉强度从277 MPa增加至376 MPa,伸长率从16.1%降低至15.3%。挤压温度为250℃,挤压比为32,挤压速度为60 mm/min挤压、T6(420℃/8 h+210℃/18 h)处理后,AZ631M镁合金抗拉强度与挤压态AZ631M(330 MPa)对比提高了18%,达到390 MPa,伸长率降低了40%。和铸态AZ631M相比,挤压态AZ631M的热加工区域增大,最优热加工区域为温度400~450℃,初始应变速率5×10~(-4)~1.5×10~(-3)s~(-1)。     

复杂地质条件下岩巷锚网喷支护技术研究

根据三门峡铝土矿岩层特点及工程概况,研究复杂情况下岩层特性,得出围岩的破坏成因,并阐述围岩支护结构的作用机理,提出支护结构的优化参数,给出支护方案及施工工艺过程,通过有限元论证支护方案的可行性,达到全面合理的评价效果。     

热处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学性能的影响

利用0. 3 MPa×6 min的喷丸工艺获得表面纳米化304不锈钢,研究了退火处理对表面喷丸纳米晶304不锈钢力学行为的影响。结果表明:经0. 3 MPa×6 min喷丸处理后,表面细化层平均晶粒尺寸为36 nm,马氏体含量为50. 2%,厚度为50μm,最大(最外表面处)和最小(离表面50μm)硬度值分别为430 HV0. 5和275 HV0. 5。650℃×30 min退火处理,表面喷丸纳米晶304不锈钢晶粒尺寸为58 nm,马氏体含量显著下降为6. 4%,综合力学性能最优,最大硬度为375 HV0. 5,抗拉强度和屈服强度分别为665 MPa和320 MPa,伸长率得到较大恢复,达44%。