二步采场上盘围岩稳定性分析及工程应用

三山岛金矿二步采场上盘围岩揭露后出现剥离和掉碴现象,造成矿石的贫化并严重影响采场的安全。采用当量暴露面积法和三维有限元法对不同参数的二步采场上盘围岩的稳定性进行分析,通过计算和分析不同参数的采场上盘围岩的当量暴露面积和揭露后的位移量、应力变化,结合极限允许暴露面积判据、强度理论判据和容许极限位移量判据得出不同参数的采场上盘围岩稳定情况,并通过工业试验提出采场的合理参数和上盘围岩的控制措施。试验表明,采场宽为10 m,高为10 m时,采场上盘围岩揭露后初期稳定性较好, 3 d后局部发生剥离和掉碴现象,不稳定区域主要集中在中部偏上和靠近采场顶板位置,且采用锚索和金属网联合支护方式控制采场上盘围岩效果较好,有效保证了采场的安全并控制了矿石的贫化率。     

基于FLAC3D的二步采场结构参数优化及工程应用

为了保证三山岛金矿二步采场的生产能力和开采安全性, 采用三维有限元方法对不同结构参数的二步采场开采稳定性进行分析,优选安全合理的采场参数。通过计算和分析不同结构参数的二步采场在开采过程中顶板和上盘围岩的应力、位移变化特征,得出不同参数的采场稳定情况。结果表明：当采场高度为12 m时,顶板和上盘围岩的拉应力和位移都较大,采场的稳定性较差;当采场宽度大于10 m时,顶板和上盘围岩的拉应力和位移的变化率呈增长趋势,采场稳定性逐渐变差。因此,建议二步采场宽度为10 m,高度10 m。将优化结果应用于工程实践,表明该参数安全合理,保证了矿山安全高效开采。     

某矿分段充填法采场结构参数优化及工程应用

采场结构参数既影响矿山的生产能力,又关系着开采安全。针对某矿分段充填法的采场结构参数采用数值模拟方法进行计算分析,优选安全合理的采场参数。以开采过程中顶板、上中段充填体及上盘围岩的变形特征为指标分析各结构参数下的采场稳定性,提出建议的参数。结果表明,当顶柱厚度为3m时,上盘揭露原岩与顶板交接处会产生塑性贯通区;当顶柱厚度为5m时,长度小于30m的采场顶板稳定性好;当顶柱厚度为7 m时,采场顶板均安全;长度为20～30m的采场上盘围岩最大位移量约为10mm,而40m长度采场其最大位移可达到40.0mm左右。按照优选的结果开展工业试验,结果表明,开挖后的采场顶板和上盘围岩能整体能保持自稳,稳定性较好。因此,建议顶柱厚度设计5m,采场长度选择30m。     

金青顶矿急倾斜薄矿脉回采过程采场破坏区域数值分析

针对金青顶矿急倾斜薄矿脉采矿方法,应用有限元数值软件分析其回采、采场及其围岩应力演化过程,通过分析发现矿体开采后,采场围矿应力重新分布,并出现应力集中,随着回采工作面的上升,顶板压应力有明显的上升趋势,两帮拉应力集中区范围随回采工作面的上升而增加。在30m以下的回采过程中,因拉应力过大造成塑性区分布在以节理为边界的范围内。当超过30m以后,塑性区范围扩大到围岩,围岩、节理都有不同程度的破坏。下盘塑性区明显多于上盘,并且破坏程度较上盘严重。     

金青顶矿急倾斜薄矿脉回采过程采场破坏区域数值分析

针对金青顶矿急倾斜薄矿脉采矿方法,应用有限元数值软件分析其回采、采场及其围岩应力演化过程,通过分析发现矿体开采后,采场围矿应力重新分布,并出现应力集中,随着回采工作面的上升,顶板压应力有明显的上升趋势,两帮拉应力集中区范围随回采工作面的上升而增加。在30m以下的回采过程中,因拉应力过大造成塑性区分布在以节理为边界的范围内。当超过30m以后,塑性区范围扩大到围岩,围岩、节理都有不同程度的破坏。下盘塑性区明显多于上盘,并且破坏程度较上盘严重。     

湘安钨矿多层矿体开采顺序的影响研究

为了研究湘安钨业有限责任公司湘安钨矿井下多层矿体之间的开采顺序,从安全角度考虑,采用岩石力学分析软件对矿山各矿体之间的开采顺序进行了分析,结果表明,矿体开采顺序为下往上开采,Ⅳ矿体采场长度为50~80 m、中段高度为40 m,采空区上盘围岩整体处于稳定区,整体稳定性良好,不会影响Ⅰ矿体和Ⅱ矿体开采,若采场长度大于80 m、中段高度大于40 m,则采空区上盘围岩不稳定。     

分段矿房法不同分段高度稳定性的FLAC3D数值模拟分析研究

以云南某铁矿分段矿房法为研究对象,结合矿体赋存条件,通过现场工程地质调查和室内岩石力学实验,利用CAD、数值模拟软件ANSYS、FLAC3D对分段矿房法的不同分段高度进行研究,分段按照每步10m高度进行开挖,对不同分段高度下采场应力、位移、塑性区三个参数的变化进行分析。研究结果表明：当分段高度达到40m时,开挖过程中采场顶板发生了拉伸破坏区域,间柱部分有贯通的剪切破坏塑性区出现,30m分段时采场处于稳定状态,不同分段高度下采场开挖形成的最小主应力均未超出岩体的抗拉强度,采场顶底板和上下盘的竖向横向位移量均处在采场安全位移的范围内,综合分析选取最佳分段高度为30m。研究结果可对矿山的安全生产提供指导性建议,为类似矿山提供参考借鉴。     

红岭铅锌矿采场结构参数数值模拟与优化

为优化红岭铅锌矿阶段空场采矿法采场结构参数,选取采场长度、间柱宽度和顶柱厚度3个因素,每个因素取3个水平,用正交试验原理设计了9个数值模拟方案。对每一个方案用Midas耦合Flac3D进行数值模拟分析,揭示了用不同采场结构参数开采过程中采场最大主应力、z方向最大位移、间柱和顶柱塑性区贯通状况等力学演化规律。研究结果表明,顶柱安全厚度随采场长度增加而增高,最大主应力位置发生在采场角点位置,最大位移位于采场顶板中央,若间柱发生破坏,上盘围岩最大位移会向间柱方向移动,相邻两矿房塑性区有贯通的趋势。综合分析9个方案的数值模拟结果,考虑安全性和经济性,采场长度50 m、间柱宽度10 m、顶柱厚度15 m为红岭铅锌矿最优采场结构参数。     

深埋厚大矿体采场结构参数优化

合理的采场结构参数可使采场处于有利的力学状态,使围岩的应力、应变分布趋于均匀化,在保证开采系统稳定和生产安全的前提下,减少支护工作量,提高采矿强度和生产效率。在深入分析思山岭铁矿地质概况与采矿方法的基础上,对影响矿房回采稳定性的矿房高度、矿房宽度、采场长度、矿柱宽度、矿柱充填方式等5个关键因素进行2水平正交设计,获得8种试验方案。运用大型岩土软件FLAC3D对盘区内不同方案的采场结构参数进行数值模拟研究,分析其在不同结构参数下应力、位移、塑性区等特征,初步得出采场处于最有利力学状态时的结构参数方案(采场高60 m、采场长60 m,矿房宽18 m、矿柱宽20 m的参数方案)。计算结果表明:回采过程中,采场长度对顶板应力和顶板位移的影响最大,采场越长,应力值越大,且压应力主要在盘区间柱集中,顶底板处出现拉应力集中。分析结果可为盘区矿房矿柱的安全高效回采提供技术支持。     

白音呼布金属矿采场跨度优选与围岩稳定性分析

白音呼布矿区井下开采已经进入深部,矿体多处于构造破碎带中,节理发育、地压作用显著,围岩等级差异较大,直接影响采场的稳定性。为了探究合理的采场跨度,确保井下矿产资源高效、安全开采,采用数值模拟方法对白音呼布矿区300m中段采场进路跨度及围岩稳定性进行研究,分析了不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响。根据数值模拟计算结果,以采场进路监测点位移曲线、应力变化和塑性区是否贯通为依据,确定井下Ⅲ级围岩采场安全跨度。研究结果表明:Ⅲ级围岩采场进路跨度超过6m后,顶板竖向位移和两帮水平位移显著增加,采场两进路塑性区完全贯通,确定Ⅲ级围岩采场进路的最优跨度为6m。     

上盘预留矿柱回采过程中应力场演化规律研究

针对某金矿具有的缓倾斜、破碎、中厚矿体的特点,提出采用分段矿房法回采矿产资源;试验采场围岩总体稳定性较好,但矿体上盘边界是破碎蚀变带,岩石较破碎,而且矿区内地表水体较发育,上盘围岩中有含水层等特点。上盘围岩的冒落,对矿石贫化及安全采矿产生了很大影响,提出了预留上盘矿柱以减缓围岩冒落的方案。采用FLAC3D进行了回采过程中采场应力迁移、位移变化及单元破坏规律的数值计算研究。结果表明：预留2 m的矿柱有利于维持上盘的稳定性,防止塑性区域的扩大,从而达到降低矿石贫化及安全采矿的目的。     

急倾斜复杂矿体采场结构参数优化研究

根据龙山金锑矿复杂矿体的赋存条件和浅孔落矿采矿方法, 选取人工假壁、上盘回采分层高度、下盘回采分层高度和矿房长度为主要因素建立正交试验方案, 以采场应力集中系数和岩层位移量为评价指标建立目标函数, 进行了采场结构参数优化研究。研究发现: 急倾斜中厚矿体破碎围岩矿房开采过程中采场应力集中系数变化较小, 岩层位移量变化较大; 结构优化后, 围岩最大位移可降低46%。优化后的最佳参数为人工护壁厚度3 m, 上盘矿体分层高度2 m, 下盘矿体分层高度3 m, 矿房长度50 m。     

青龙沟金矿露天转地下采场稳定性分析及控制

以青龙沟金矿露天转地下采矿为工程背景,采用测线法对研究区域矿岩进行工程地质调查,获取矿岩结构面信息,并结合室内岩石力学实验,进行岩体质量分级和岩体力学参数估算。采用 Mathews 稳定性图法,分别计算出在未支护情况下,采场顶板、上盘和下盘保持稳定的最大长度分别为 52.5 m、35.84 m 和 12.11 m。综合考虑现场工程地质与施工条件,确定采场的最大可能暴露长度 34 m。应用 FLAC3D 对所确定的采场结构参数进行数值模拟,数值模拟结果表明在采场下盘出现较大范围的塑性破坏,这与稳定图法分析结果相一致。运用经验图表法进行采场锚索支护设计,提出了采场下盘锚索支护结构参数。通过对锚索支护采场进行数值分析结果表明,当在矿体下盘采用锚索支护后,支护后下盘围岩的最大水平位移以及塑性区范围均显著减小,设计的锚索支护参数能够确保下盘稳定。该研究为类似矿山采场结构参数确定及其支护形式选择提供参考。     

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。     

毛坪铅锌矿下向分层进路胶结充填采场结构参数优化

为探讨毛坪铅锌矿所采用的下向分层胶结充填采矿法采场结构参数的合理性,采用数值模拟手段对不同断面尺寸和不同埋藏深度的采场稳定性进行了计算,系统分析了充填体顶板及采场周边应力与塑性区等的变化规律。研究结果表明：随着进路跨度和采深的增加,进路四周拉应力值逐渐增大,当跨度超过5 m后,拉应力值已非常接近充填体抗拉强度;而当采深达到560 m时,拉应力范围几乎扩展到整个围岩,说明采场稳定性下降,存在拉破坏可能性。从本次计算情况看,在现有采深时（采深400~450 m）,进路最大跨度不宜超过5 m;而如果维持3.5 m的进路跨度持续向下开采,则适用的最大采深应在600 m左右,否则采场的稳定性难以得到有效保证。     

跑马坪矿2350以上矿体开采对地表拦渣坝的影响

为了确保地表拦渣坝的稳定,采用离散元程序2D-BLOCK模拟地下矿体开采对地表拦渣坝的影响,计算了矿体开采过程中上覆岩层的冒落过程。通过模拟结果表明：岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,只开采左1采场矿体不会影响到地表拦渣坝的安全;而将右2采场回采矿体后,上盘围岩发生大面积冒落,垮落至离地表40m左右时才不再冒落,但上部没有冒落的岩层仍有裂缝存在,说明将右2采场完全采空后极有可能会影响到上部拦渣坝的安全稳定,因此建议处在拦渣坝正下方的右2采场,回采过程中必须保留保安矿柱,这样地表拦渣坝的安全才能有保障。     

软弱围岩下某中厚及厚大矿体采矿方法研究

某矿区位于湖区水体下,主要为金铜矿,且矿石品位较高,矿体属于软弱围岩下的中厚及厚大矿体,且顶板围岩稳固性较差。结合矿体具体的赋存条件及现有的开采技术条件,采用数值模拟软件FLAC^3D对机械化分段中深孔落矿嗣后阶段充填采矿法、浅孔留矿嗣后充填法、上向水平分层充填法3种采矿方法进行了采场参数研究。通过对6种模拟回采过程中的围岩应力和位移比较,初步确定采场宽度、长度参数分别为14 m、40 m;以初步确定的采场参数为基础,通过最大与最小主应力、顶板与矿柱位移最终确定出3种采矿方法对应的采场宽度均为14 m、长度分别为40、40、42 m;并且随时监测顶板及矿柱的应力、岩移情况,加强顶板管理,及时充填。最后提出下阶段的主要工作是确定合理充填体强度及充填材料。     

深部金属矿山卸压开采研究

为了确保深部资源的安全高效经济开采,以广西某矿业公司深部105号矿体作为研究对象,针对105号矿体即将开展的大规模开采过程中有可能出现的应力诱导矿压灾害,开展了卸压开采研究。根据矿区105号矿体及围岩的岩爆倾向性结论,结合矿区开采技术条件与开采工艺、地应力水平与岩体力学参数,提出了4种卸压方案,并利用FLAC3D及Plot Digitizer软件对4种方案的卸压效果进行模拟分析。结果表明:采场两侧布置卸压槽卸压方案使采场周边应力降低14.8%;切顶和拉底布置卸压槽卸压方案卸压不成功;在上盘深孔卸压爆破卸压方案使采场周边应力降低50.4%,在矿体与围岩之间能形成有效的应力隔离带;矿块分步回采方案使采场周边应力降低63.6%,最终通过最大主应力比较分析确定矿块分步回采为最优方案。