阶段矿柱分条回采采场稳定性数值模拟与参数优化

本文针对水平厚长较大的阶段矿柱采用上向分层分条回采的采场布置特点,应用岩石破裂过程分析方法,建立起分条回采工作面顶板力学状态数学模型,分别计算了分条沿走向和垂直走向两种布置方式对顶板稳定性的影响,得出了对应各不同分条跨度的最小护顶层厚度。利用该方法的计算结果,对采场回采分条的布置方式、分条跨度、分条长度的控制,护顶矿层安全厚度的确定,提供了较好的理论依据,对阶段矿柱的回采具有指导意义。     

护顶层对石膏矿采空区稳定性影响研究

大多数石膏矿山采用房柱法开采,通过在采场中保留一定厚度的石膏层来维护顶板的稳定性,护顶层是影响采空区稳定性的重要因素之一。在石膏矿采场护顶层破坏模式分析的基础上,以湖南常德某矿山的实测数据为例,采用理论计算方法,分析了护顶矿层稳定性的影响因素,根据该石膏矿开采结构参数,提出了合理的护顶层厚度,为石膏矿山采场护顶层厚度的设计提供了理论依据。     

小长冲河矿段顶板控制数值模拟研究

金属矿床地下开采过程中,顶板控制直接影响到采场地压控制。小长冲河采场顶板不处理时,采空区的极限暴露面积比较小,随着矿体倾角的增大,顶板冒落范围不断扩大,导致开采过程中矿石损失贫化严重。研究认为直接顶板铝土页岩是影响矿体开采的主要因素,通过对该矿段采场运用3D-σ有限元软件进行数值模拟分析,分别模拟研究了留点柱、锚杆护顶、留矿石护顶层三种不同的顶板控制方案,得出三种不同模拟方案下采场稳定性,综合模拟分析结果,提出采用留点柱、锚杆护顶、留矿石护顶相结合的方法进行开采,该方案不仅有效控制了顶板冒落,而且相对于单独留点柱支撑顶板方案而言,能大大增加点柱之间矿块的距离(跨度从6～8m增加至14m左右),进而增加了采场暴露面积,达到减少矿石损失贫化的目的。     

上向分层充填法开采薄矿体的围岩稳定性影响因素分析

以司家营矿区Ⅲ号薄矿体为例,研究采用上向分层充填法开采薄矿体时,采场顶板厚度和空区跨度对采场矿柱稳定性的影响。根据采场结构、地质条件、矿岩特性、原岩应力等,运用FLAC3D数值模拟方法建立模型,计算不同顶板厚度和空区跨度情况下的应力场和位移场。结果表明,对于薄矿体,矿岩稳定性主要受空区跨度的影响,跨度越大,稳定性越低,而一定范围内的顶板厚度不会对采场稳定性产生大的影响。     

厚大矿体分段空场嗣后充填采场结构参数优化研究

采用合理的采场结构参数是控制地压危害实现矿体安全高效开采的重要措施。针对吴庄铁矿岩体条件,采用FLAC3D三维有限差分分析软件对24种不同方案的采场围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,得出顶板拉应力是影响该矿采场稳定性的重要因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,绘出了采场跨度与顶板拉应力、采场长度与顶板拉应力关系曲线以及两者对顶板拉应力的联合影响曲面。在顶板厚度一定的情况下,采场顶板拉应力随着采场跨度的增大而增大,且增加幅度越来越大;随着采场长度增加顶板拉应力增加的幅度趋缓,特别是当采场长度增加到一定长度时,顶板拉应力趋于稳定。得到结论：采场稳定性不仅与顶板暴露面大小有关,暴露面形状对其影响也是至关重要的。优化采场顶板暴露面积形状是控制地压的重要手段之一,采用长条形顶板暴露面,能提高采场生产能力和保证回采的安全性。因此,对于该矿提出了“大盘区、小跨度”的设计理念。     

梅山铁矿塌落界线外残留矿体开采技术研究

针对梅山铁矿塌落界线外矿体开采技术的特点,提出了采用分段空场嗣后充填法,分析了底部结构的布置和回采工艺特点等,并结合自然平衡拱理论,采用计算机仿真模拟技术,对分段空场嗣后充填法回采过程中的围岩应力、位移变化规律及塑性区分布情况进行了计算分析,揭示出顶板岩层拉应力是影响该采场稳定性至关重要的因素。将顶板岩层所受的最大拉应力作为衡量采场稳定性的指标,应用正交试验法对不同采场结构参数进行优化,得出梅山铁矿塌落界线外矿体采用矿房采场跨度14 m、矿柱采场跨度10 m和顶板厚度8 m的结构参数,能保证安全开采的需要。     

铜坑矿采场顶板稳定性理论分析与工程应用

针对铜坑矿空场采矿法的采场结构和地压特点,运用弹性理论和经验公式对采场的顶板厚度进行了分析研究,获得了采场跨度与顶板厚度的理论关系。并结合铜坑矿采场的工程现状,利用各种跨度计算方法,确定出了12~18m跨度下顶板的安全厚度值分别为7.83,8.77,9.73,10.64m,为铜坑矿的安全生产和采场参数优化选择提供了科学理论依据。     

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FLAC3D的铜坑矿采场结构参数优化

以铜坑矿92#矿体的 T106试验采场为例,运用 FLAC3D实现了采场结构参数的优化模拟,获得了不同参数的力学响应规律.研究结果表明,为获得优化的采场结构力学响应,采场最优结构参数范围应该控制在顶板厚度为8.0~10.0 m,采场跨度为12.0~14.0m.并综合考虑增加采场跨度和减小顶板厚度的覆盖岩层下放矿损失贫化的控制技术,确定了最优的采场结构参数为:采场跨度14.0m,顶板厚度8.0m.     

基于改进梁模型的地下空区顶板安全厚度分析

针对天然水平应力程度对地下采空区的影响,以某地下矿山采空区为工程实例,将地下空区顶板视为改进梁模型,结合岩梁、结构力学和材料力学理论,以顶板岩层抗拉强度为控制条件,推导出地下空区不同跨度下顶板的安全厚度。研究结果表明,顶板安全厚度随空区跨度的增加而增大,近乎呈线性关系。低水平应力时随空区跨度增加对顶板厚度整体影响都较小;当采空区跨度较小时,不同水平应力程度对顶板安全厚度的影响可忽略不计;当空区跨度达到一定程度时,随空区跨度的增加改进梁模型计算的顶板安全厚度增加幅度变大。     

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。     

混凝土矿柱嗣后充填法采场稳定性监测与分析

兴隆磷矿为提高资源回收率,采用两步骤回采法,先矿柱胶结充填,后矿房废石充填。为保障作业的安全,验证胶结矿柱的强度,优化采场结构参数,采用区域的微震监测与局部的点监测相结合的方式,对胶结矿柱及顶板覆岩应力显现进行立体、实时动态监测。通过分析开采过程中获取的应力、应变及位移变化数据,得到了回采工作面前方的采动超前影响距离约为20 m;当矿房回采跨度约36 m时,覆岩累积应力集中较大,顶板局部会有冒落,但采场顶板移动诱发的应力远小于胶结混凝土矿柱强度,胶结矿柱无破坏。结果表明:采用两步骤回采嗣后充填的开采方法及采场结构参数等,能够保证采场稳定。该监测方法能够及时准确地为采场稳定性做出评价,为安全高效生产提供指导。     

不同地质条件下的采场结构参数优化

为了确定不同地质条件下较为合理的采场结构参数,采用理论计算与数值模拟相结合的方法,对不同矿岩稳定性条件下的采场跨度进行选择与优化。以程潮铁矿西区作为研究的工程背景,采用简支梁理论、矿房宽度计算公式对合理跨度与临界跨度进行了计算,并通过FLAC3D数值模拟软件对不同跨度参数的采场稳定性进行了分析。结果表明：矿岩条件为稳固、中等稳固、稳固性较差时的矿房合理跨度分别为18.87、14.93、8.08 m。多矿房回采,位移及拉应力的最大值通常出现在区域中间部位,且矿房跨度的增加极易引起开采区域最大沉降值的迅速增加。矿柱顶板沉降值对矿房跨度也非常敏感。数值模拟结果与理论计算值相符,这表明数值模拟能很好地反映地下开采的真实状态,为采场结构参数确定提供依据。     

房柱法开采矿山采空区失稳模式及机理

房柱法开采矿山采空区稳定性状态是由矿柱和顶板两个基本要素共同决定的。介绍了矿柱和采空区顶板失稳的模式,根据矿山压力与岩层控制理论,分析了矿柱和采空区顶板破坏的力学机理,并对影响矿柱稳定性的因素进行了总结归纳。     

点柱式上向水平分层充填法充填采场稳定性研究

为了确保大尹格庄金矿采场安全,提高资源回收率,对-380、-496、-556、-616水平一些采场矿柱进行调查,总结发现矿柱受结构面的方向控制,呈现不同的破坏模式,大致可分为节理组平行矿柱壁面、节理组与矿柱斜交、节理面平行于顶板;建立了矿柱宽度、矿房顶板跨度及矿体开采深度与矿柱安全系数的关系式,分析得到矿柱宽度对矿柱安全系数的影响作用最大,其次为矿体开采深度,最后为矿房顶板跨度;对目标采场矿柱进行稳定性评价,得到各矿柱的安全系数,圈定出了不稳定矿柱;最后对-616水平顶板极限跨度及矿柱尺寸进行计算得到顶板极限跨度为8.2m,矿柱宽度应大于4.1m。     

尾砂充填连续开采采场顶板稳定性数值分析

针对金属矿山上向分尾砂充填连续采矿法开采条件的复杂性,通过运用弹塑性有限单元分析方法,建立平面应变数学模型,对采场顶板稳定性及采场结构参数进行分析和优化计算。结果表明,控制采场跨度或暴露面积是维系采场顶板稳定的根本措施;单层矿体开采时,随着采场跨度的加大,顶板预应力拉应力也相应增大,但伴随采高的增加,围岩内部的最大主应力、最大剪应力逐渐增大,顶板下沉量也逐渐增大,而顶板内拉应力却逐渐减小。相对1#脉脉矿体,推荐采场顶板极限暴露面积为600 m²左右,以此为基础确定的采场长、宽尺寸采场顶板稳定性最好。     

采空区群稳定性影响因素敏感性分析及其应用

为研究采空区群稳定性各影响因素的主次,以某地下金矿为研究背景,依次推导出矿柱、顶板及采空区群安全系数计算公式,采用正交实验对采空区群稳定性影响因素进行极差分析,获取其敏感性顺序,据此确定采空区群稳定性主控因素,并研究其与安全系数之间的关系及相应的临界值。研究得出采空区群稳定性影响因素敏感性主次顺序为:采空区群顶部—地表距离>矿柱高度>中段数量>顶板厚度>中段矿柱数量>矿柱宽度>顶板纵深>采空区跨度。矿柱宽度是采空区群矿柱失稳的主控因素,矿柱安全系数随矿柱宽度的增加近似呈线性增长,相应的临界宽度为8.4 m;顶板厚度是采空区群顶板失稳的主控因素,顶板安全系数随顶板厚度的增加呈幂函数形式递增且速率逐渐变大,相应的临界厚度为8.7 m;采空区群顶部—地表距离是整个采空区群失稳的主控因素,采空区群安全系数随群顶部—地表距离的增加近似均匀递减,相应的临界距离为124 m。     

大尹格庄金矿深部采场矿柱稳定性分析与参数优化

以大尹格庄金矿深部采场8204为工程依托,在合理的采场跨度范围内设计了3种矿柱尺寸方案,并分别建立三维数值模型。通过对比分析不同方案的采场顶板及矿柱的位移及塑性区,研究矿柱由稳定状态向临界失稳状态的演化过程。引入点安全系数法对采场及其点柱进行安全度评价,得出最佳安全矿柱尺寸,并通过Lunder经验公式验证其矿柱尺寸合理性。分析结果确定采场结构参数为:采场跨度约为12m,矿柱宽度约为6m。     

大直径深孔阶段空场嗣后充填法隔离矿柱合理间距研究

基于安徽某铜矿大直径深孔阶段空场嗣后充填法开采技术条件,根据矿柱安全系数公式计算出隔离矿柱合理宽度为20 m左右,运用材料力学简支梁平衡理论分析计算了隔离矿柱合理间距为60～65 m。以理论计算值为依据 ,数值模拟中采用3种方案分析不同隔离矿柱间距参数下矿岩的应力和位移变化规律。研究结果表明:当隔离矿柱宽度为20 m时,矿体开挖后在采场顶底板表现为拉应力状态,在隔离矿柱处表现为压应力状态,且应力和位移随着隔离矿柱间距的增大而增大,尤其是当隔离矿柱间距为70 m时,采场应力和位移明显增大,矿柱剪切破坏的程度加大,且顶板安全率小于1,因此间距为65 m时是较为合理的,计算结果符合矿山实际。