梅山铁矿盲竖井破坏机理及防治

针对梅山铁矿盲竖井的特点，把围岩作为位移计算的关键，利用弹塑性理论及数值分析，对盲竖井井壁位移进行分析计算，并对井壁变形进行了现场实测，提出了井筒破坏的机理及控制的有关措施。     

某地下矿山开采对井筒的影响性研究

采用MIDAS/GTS NX对某矿山的矿体、围岩、井筒的整体三维数值模型,论证设计对井筒留设12 m的保安矿柱的合理性,进行了有限元数值模拟分析。数值计算结果表明:从位移结果方面来看,在保安矿柱内部盲提升竖井范围内,在矿体上盘区域井筒发生最大竖直位移为-1.03 cm,矿体开采区域下盘井筒附近发生最大竖直位移为+0.41 cm,矿体开采对井筒产生的变形量较小;从塑性区结果来看,矿体开采后塑性区主要分布在矿体开挖空间附近,塑性区面积为22.1%,最大塑性变形为9.19×10^-4,在井筒周边岩体仅有少量单元发生塑性破坏。综合以上分析得出,某地下矿山设计提出的井筒设置12 m保安矿柱的方案合理。     

大新锰矿复杂空区群三维数值模型构建方法及胶结充填治理研究

矿山岩土工程数值分析中研究复杂空区群三维数值模型构建方法对空区治理具有现实意义。为精确分析矿山地下工程围岩移动和应力变化规律,特别是不同采矿方法形成的复杂空区的稳定性和矿柱应力变化,提出了3DMine-Surfer-Rhino-ANSYS-FLAC3D多软件联合建模方法,解决了复杂空区群三维数值模型构建和大数量小尺寸矿房矿柱网格剖分问题。以广西大新锰矿矿体开采为案例,构建了留矿法与房柱法形成的采空区的三维数值模型,模拟分析空区的稳定性和决策胶结充填治理方案。研究结果表明：（1）大新锰矿留矿法开采的空区部分顶柱有垮落风险;（2）房柱法开采的空区部分矿柱变形大,有塑性破坏;（3）对于胶结充填留矿法的空区,隔一充一充填方案治理效果更好,在治理初期地表沉降更小。     

山东望儿山金矿地表沉陷数值模拟研究

根据望儿山金矿区浅部回采的工程地质与采矿条件,采用数值模拟手段对开采引起的地表沉陷灾害进行了研究。通过模型计算,总结出开采过程中岩体应力场和位移场的变化规律,同时,对地表沉陷特点及突发塌陷进行了预测分析,指出对采矿区充填是未来开采避免地面塌陷灾害的必要措施。     

某地下矿山充填采矿数值模拟分析

基于现场地质调查和室内试验得到的矿岩力学参数,根据工程地质特点和开采技术条件,运用数值模拟软件建立了开采数值模型,对矿体开采和充填进行了模拟分析,得到了每中段的应力和位移场的分布情况.结果表明,充填可以有效抑制围岩的应力和变形,提高围岩或矿柱的承载能力,起到了稳定采场的作用.     

三山岛海底金矿开采充填体与围岩变形规律的数值模拟

为合理解释三山岛金矿新立矿区海底开采充填体和围岩变形特征,建立了假二维的矿山开挖充填力学模型,并将其简化为平面应变问题。根据对充填体力学特性的研究,在模型建立过程中,对充填体采用了双屈服模型,对矿柱及围岩采用了应变硬化/软化塑性模型。利用FLAC3D数值模拟软件,并在模型中的相应位置设置位移监测点,分析了真实矿山开采过程中上下各采场充填体和围岩的移动变形规律。研究结果表明,新立矿区充填体变形主要为水平方向上的压缩变形,且具有累积效应,当充填体达到垂直方向的最大压缩量后,顶板围岩在水平构造应力作用下有向充填体上山方向滑动的趋势。     

高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂机理

随着矿产资源开采深度的不断增大,地应力、地温和孔隙水压随之显著增大,岩石的非线性力学行为更加凸显。针对高渗透压和不对称围压作用下深竖井围岩损伤破裂问题,构建了流固损伤耦合效应力学分析模型,分析了流固耦合条件下深竖井开挖围岩有效应力,探讨了孔隙水压及地应力场对围岩损伤破裂演化的作用机制。研究结果表明:孔隙水压及孔隙水压梯度越大围岩损伤破裂区面积越大,围岩损伤破裂区面积随围岩渗透率的减小逐渐增大并趋于稳定;地应力场对围岩破裂形态具有重要控制作用,最大水平主应力与最小水平主应力差异较小时,围岩损伤破裂区集中在最小水平主应力方向,以剪切损伤为主,最大水平主应力与最小水平主应力差异较大时,在最大水平主应力方向上会产生拉伸损伤破裂区。值得关注的是,由于孔隙水压的存在,最大有效水平主应力与最小有效水平主应力之间的比值增大,即围岩发生拉伸破坏的风险增大。本文研究表明,竖井选址和设计过程中应避开构造应力大、孔隙水压大的区域,从而保障井筒施工安全。      

诱导巷道的围岩松动破坏区数值研究

当前多数矿山已进入深部开采,而深部硬岩具有高储能、受扰动易破坏的特征,根据这些特点,在矿体中布置巷道诱导岩体破裂,为后续机械开采提供可能。以贵州开阳磷矿为工程背景,利用FLAC^3D软件模拟深部巷道开挖,研究断面形状、地应力水平和侧压系数对巷道开挖的影响,从而得出岩体的破裂规律。数值模拟结果表明：巷道断面形状对围岩变形影响较大,而矩形巷道周围岩体产生的位移和塑性破坏区均最大;巷道位移和塑性破坏区随应力水平的增加而增大;围岩破坏和位移随侧压系数的增大表现出先减小后增大的趋势。在高应力水平和高侧压系数下,采用矩形断面方式开挖巷道,围岩产生的位移和塑性破坏区最大,致裂效果最好,有利于机械切割回采。     

不同工况下圆形隧道开挖模拟研究

隧道的开挖使得岩体内部的原有应力场遭到破坏,继而造成周围岩体乃至地表也发生变形移动。因此,利用FLAC~(3D)软件,具体分析研究了隧道开挖及支护在不同工况下的位移、应力及塑性区分布规律,剖析开挖对围岩的影响,对隧道的开挖稳定性进行了综合评价。结果表明:隧道开挖后对拱顶稳定性影响较大,水平方向相对稳定,最大主应力也集中分布在拱顶区域;隧道开挖后及时支护可保证其围岩稳定性,满足相关工程的要求。本文的结论对隧道开挖工程的设计和施工有一定的指导意义。     

用有限元法研究采场顶板的应力分布和稳定性

本文介绍用二维有限元的应力分析方法,研究锡矿山南矿河床八九中段采场上复岩层的应力分布状态和直接顶板岩层的稳定性.计算中所采用的岩石物理力学性质是采用实验室测定的结果.在计算过程中,首先求解开采前岩体的重力应力场,然后再求出开采过程所引起的采场上部的应力分布状态,最后引入一个安全系数概念评价直接顶板的稳定性;提出了安全开采跨度和开采对顶板岩层应力场的扰动范围.     

倾斜矿体采动与断层活化作用引起竖井变形的物理模型试验

倾斜矿体开采引起的地表变形与断层活化问题给矿山工程带来重大隐患,如竖井破坏。为了研究倾斜矿体采动及断层活化作用下竖井的变形破坏规律,引入一种软材料小模型物理模拟方法,对不同倾斜角度矿体、不同倾角断层下的模型进行开挖试验。结果表明:该方法能够较好地模拟典型的工程地质现象;在试验工况下,矿体倾斜角度不同,则自重应力场中的竖井受到采动影响的程度不同;处于开挖区上方的隐伏断层,倾角极缓时具有一定屏蔽垂直位移的作用,缓倾断层活化对水平位移的影响和陡倾断层活化对于垂直位移的影响具有某些相似性和对称性;倾角越接近45°,断层活化作用越强烈,对地表起伏度的影响越大,且竖井更有可能产生上部沉降、底部拱起的现象。     

海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山,其对开采技术的要求较高,海下开采遇到了严重的安全问题,其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题,掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测,得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上,提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后,通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征,提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成,采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近,预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

戈塘金矿房柱法开采围岩稳定性分析

戈塘金矿矿体厚度变化较大,地质条件复杂。为科学设计井下采场参数,分析采空区顶板的破坏机理及矿柱的承载机理,指导矿山安全生产,以戈塘金矿为研究对象,设计了采场参数,分析了采场围岩稳定性。通过理论计算,采用房柱法开采时,推荐矿柱尺寸为3 m×3 m,矿房跨度不超过10 m;利用有限元软件Phase2对留设不同宽高比的矿柱时采场围岩的稳定性进行了数值模拟分析。结果显示:矿柱内部出现应力集中,采空区顶底板、岩帮为应力降低区域;随着矿柱宽高比的增大,采空区边界附近的应力水平和位移降低,矿柱内应力集中得到缓解,变形量降低。综合分析认为,矿柱宽高比对采场围岩稳定性有一定影响,保持矿柱宽高比约为0.500,可以较好地维持采场稳定。     

良山铁矿井下采空区地压管理探索

在矿床地下开采中,采空区岩体的原始应力一旦被破坏,岩体应力就会重新分布,很容易引起顶板下沉和垮塌、底板鼓起、片帮、地表移动等一系列地压灾害。采取预留矿柱、支护井巷围岩、充填采空区、崩落围岩降低围岩应力等地压管理方法可以尽可能地减少地压危害的发生。     

龙首矿充填体悬臂结构的稳定性分析与评价

安全是矿山生产中极其重要的一环,充填体悬臂结构是龙首矿进路回采中十分常见的安全隐患形式,由于自重和深部地应力的作用,容易发生崩塌破坏现象。根据龙首矿实际情况,其充填体悬臂结构失稳破坏主要有崩落式和拉裂—坠落式2种形式。基于悬臂梁理论,建立进路人工假顶悬臂和充填围岩悬臂力学计算模型,通过理论计算悬臂极限长度、数值模拟验证和稳定性系数K并进行综合评价,以保障矿山安全生产。结果表明：充填体悬臂的稳定性受顶部裂缝深度比和实际长度的影响,其极限长度与数值模拟结果基本一致。同时,稳定性系数Ｋ能够有效统计不同裂缝条件下充填体悬臂状态,判断充填体悬臂顶部裂缝深度比情况。因此,悬臂极限长度和稳定性系数Ｋ能够有效评价龙首矿充填体悬臂的稳定性,实际应用简单,计算结果与现场调查情况基本吻合,对于潜在的充填体悬臂结构安全隐患能起到及时预警的效果。     

大规模采空区治理与关键单体数值模拟研究

采空区地压引发的围岩大面积冒落、岩层移动及地表塌陷问题严重危及着大多数矿山的安全生产,致使原始的采矿环境急剧恶化、矿产资源浪费严重。通过现场调查发现,由于历史的原因,海沟金矿浅部中段存有较大范围的大规模采空区群,且多数采场间柱、顶底柱现阶段均已发生变形破坏,部分采空区之间在水平方向、垂直方向均有相互贯通,对矿山的生产运行形成了极大的威胁。通过对重点区域内采空区稳定性与危害程度进行分析,结合矿山长远发展、区分轻重缓急,提出并制定了采空区关键单体的治理方案,采用FLAC~(3D)数值分析软件对治理方案的岩体力学行为特征进行模拟计算,验证分析其实施方案的有效性和科学性,为采空区治理工作提供必要的技术支撑。     

基于采场结构参数优化后的充填体强度数值模拟

合理的采场结构参数能够有效控制岩体位移,改善围岩应力分布状态,提高采场稳定性.为确定高尔奇铅锌矿采场最优结构参数,根据矿山地质条件和矿体赋存状态,建立5种采场结构模型,通过有限元软件ANSYS进行数值模拟,综合考虑顶板、间柱和充填体柱的拉应力、压应力及位移变化,引入安全系数对各模拟方案进行对比分析.结果表明:拉应力在模...