不规则矿柱稳定性的Voronoi图解法分析

为分析采场内不规则矿柱稳定性,以大尹格庄金矿为研究背景,确定矿柱稳定性影响因素后,应用Voronoi图解法结合AutoCAD计算矿柱载荷,并选择Sjoberg公式确定矿柱强度;基于矿柱载荷和矿柱强度推导不规则矿柱安全系数计算公式,进而对矿柱稳定性进行评价;借助MATLAB编程分析采场参数与矿柱安全系数之间的关系;通过计算采场极限跨度与矿柱尺寸分析矿柱不稳定的原因。研究表明,矿柱安全系数随矿柱有效承载宽度增加而增大,随矿柱承载边界跨度加大而减小;计算得到采场极限跨度为8.48m,方形矿柱尺寸应不小于4.17m;采场内矿柱破坏或失去承载能力的主要原因是采场跨度过大或矿柱尺寸不满足实际要求。     

某铜矿采场结构参数优化

某铜矿现采用露天开采,考虑资源接替,须尽快实现地下开采达产,而合理的采场结构参数是矿山顺利实现地采达产的重要保证。根据铜矿赋存条件和矿体特征,分别设计了方案1(矿柱跨度为15m,矿房跨度为15m)、方案2(矿柱跨度为12m,矿房跨度为18m)和方案3(矿柱跨度为10m,矿房跨度为20m)。采用FLAC3D数值模拟软件对3种方案进行数值模拟研究,从位移、应力以及塑性区3个方面进行计算分析,确定了有利于采场稳定的结构参数。研究表明:方案2既能保证采场安全,又可高效生产。研究结果可为国内外分段空场嗣后充填法推广应用提供一定的理论参考依据。     

无轨开采下采场结构参数及稳定性数值模拟

云南某矿山矿体赋存条件复杂，矿岩破碎、松软，加之后期转型采用无轨设备开采，导致采场巷道断面增大，原有的采矿工艺和采场参数已不再适用。为保证开采过程的安全，找出适合矿山生产的合理采场结构参数，研究采用3D-σ有限元模拟软件建立采场三维模型，设计不同跨度直接顶板的留点柱、留连续矿柱采场结构形式，对不同采场结构形式下矿岩的应力、安全率、塑性区进行模拟分析。结果表明：采用留点柱的采场形式时，采场内点柱尺寸不应小于2 m,矿房跨度控制在4 m为宜；采用留连续矿柱的采场形式时，采场结构参数建议留4 m宽连续矿柱，矿房跨度为5 m,采用C20混凝土进行进路式充填回采。结合采场模拟分析及矿山实际生产现状，建议采用留连续矿柱的开采方案。后续现场试验证明，该方案不仅能够保证采场结构的稳定性，达到矿山安全开采的目的，而且能有效降低矿石的损失贫化，提高矿山的经济效益。     

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。     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

南非Dilokong铬矿采场结构参数优化

南非Dilokong铬矿矿体含铬品位较高,为典型的缓倾斜薄矿体,设计采用房柱采矿法进行回采。针对Dilokong铬矿缓薄矿体的开采技术条件及采矿难题,为探求其合理的采场结构参数,实现现场的安全、高效开采,研究采用正交数值模拟试验,选取了矿房长度、矿房跨度、点柱尺寸和点柱间距4个因素,正交设计了4因素3水平9种采场结构参数模型的试验方案。通过FLAC3D软件对不同方案的围岩应力及位移分布数值模拟结果的对比分析,研究各参数对采场稳定性的影响及优化采场结构参数。试验结果表明,矿房跨度及点柱尺寸是影响采场应力集中和位移变形的重要参数,并确定了合理的采场结构参数,即矿房长度50 m、矿房跨度26 m、点柱尺寸5 m×5 m及点柱间距2 m,研究结果对现场下阶段矿体的回采具有指导借鉴意义。     

樟村坪磷矿房柱采矿法采场结构尺寸研究

通过分析采场结构尺寸对其稳定性的影响，得到了樟村坪磷矿房柱采矿法的矿房跨度、矿柱形状及实际支撑的矿柱尺寸。     

大直径深孔空场嗣后充填法采场结构参数优化及稳定性分析

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1 000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的开采方案,采用FLAC^3D软件开展了4组采场结构参数条件下的采场稳定性数值模拟,从而优选出合理的高中段大采场结构参数。Mathews稳定图法采场顶板、侧帮暴露尺寸与水力半径的关系分析表明,当采场顶板跨度为15 m、中段高度为100 m时,采场长度应小于46 m。数值模拟结果表明:二步骤矿柱宽度从15 m增加至19.5 m时,采场顶板的位移、塑性区体积随着跨度增大而增加,底部结构堑沟的两帮安全系数较低且易发生部分剪切破坏。数值模拟与Mathews稳定图法分析结果一致,确定了大直径深孔空场嗣后充填法的最优采场结构参数为采场长度45 m,一步骤矿房宽15 m,二步骤矿柱宽18 m,采场高100 m。研究结果为实现倾斜极厚矿体高中段大采场安全回采提供了理论支撑。     

基于灰色关联理论的采场结构参数优选

为了研究川口钨矿的采场安全性并确定合理的采场结构参数,应用MIDAS数值模拟方法,得出了不同采场结构参数下的顶板应力和位移,从安全角度初步确定了较优的采场结构参数。采用灰色关联理论,全面考虑影响采场结构参数的经济、技术、安全三类因素,建立了4种备选方案,计算出各采场结构参数方案基于评判指标的灰色关联度,分别为0.821,0.842,0.865,0.817,从而确定最优采场结构参数,即顶柱厚3 m,矿房跨度为15 m,矿柱跨度为8 m。实践证明,运用数值模拟和灰色关联理论优选采场结构参数的方法是科学可行的。     

基于含弱面矿柱锚固的层状岩体采场参数优化

弱面削弱了层状岩体的抗剪强度,在地下采矿活动中会加速矿柱的失稳变形,易导致采场垮塌。为 研究含弱面矿柱稳定性,并对矿柱进行稳定性控制,以贵州省紫袍玉矿石地下采场为研究背景,运用矿柱面积承载 理论,通过理论计算推导出金属矿山方形矿柱的矿柱安全系数。为减少弱面对矿柱承载强度的影响,采用 FLAC3D 数值模拟软件对含弱面矿柱进行锚杆支护研究,结合矿柱安全系数,得出最优锚固支护参数。在矿柱加固的基础 上对 200 m 埋深处采场进一步参数优化,最终得出优化方案为选择锚杆间排距 1 200 mm、预紧力 60 kN 的矿柱锚杆 支护参数,采场参数为矿房跨度 14 m,矿柱宽度 6 m。同不进行矿柱加固的采场参数优化方案相比,此方案能提高 矿石资源回收率,最大限度提升矿山经济效益。     

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。     

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。     

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。     

大冶铁矿同阶段崩落法转充填法开采隔离间柱合理宽度确定

为保障同阶段崩落法转充填法开采顺利过渡,过渡段处须设置竖向隔离间柱。以大冶铁矿龙洞采区-170 m同阶段崩落法转充填法梯形隔离间柱为研究对象,将其简化为变惯性矩固支梁,并以间柱的水平应 变量允许值为判据,初步确定梯形隔离间柱上端的初始宽度。以梯形隔离间柱上端的初始宽度为基础,采用数值模拟方法,计算了不同梯形隔离间柱上端宽度与不同充填体灰砂比协同作用下的充填采场顶板围岩沉降 量,并对不同灰砂比下梯形隔离间柱上端宽度与顶板围岩最大沉降量进行了数据拟合,由顶板围岩允许沉降值得到与不同充填体灰砂比协同匹配下的梯形隔离间柱上端的合理宽度。数值计算结果表明：与充填体灰砂 比分别为1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12协同匹配的梯形隔离间柱上端合理宽度分别为16、19、21、25、29 m。研究成果可为合理确定矿山同阶段崩落法转充填法开采过渡段隔离间柱宽度提供参考。     

内蒙古某铅锌矿采场结构参数优化

内蒙古某矿山采用分段空场嗣后充填采矿法生产,为详细分析2种采场结构参数方案（矿柱长度分别为10 m和15 m）对应的采场稳定性情况,以位于矿区150 m水平、二采区范围内的矿房为研究对象,采用MIDAS-FLAC3D软件耦合建模数值模拟分析方法,讨论了不同矿柱长度下矿体上下盘及顶底板的应力、位移和塑性区的力学响应规律。研究表明：2种方案对应的采场稳定性良好,考虑到高效开采要求,推荐选择矿柱沿走向长度10 m、采场沿走向长度40 m、采场宽度20 m、阶段高度90 m为采场最佳结构参数。     

大规模充填采矿采场稳定性研究与结构参数优化

甲玛铜多金属矿二期地下开采采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,为有效控制地压灾害,实现矿体安全高效开采,采用理论计算、Mathews稳定图和FLAC3D数值模拟多种方法对采场顶板及矿柱的稳定性进行综合研究,在此基础上确定合理的采场结构参数。结果表明,12 m、15 m和18 m的采场宽度均能满足矿柱稳定的要求;当采场宽度为18 m时,最大允许采场长度为77.3 m;当采场长度为60 m时,最大允许采场宽度为22.4 m。综合考虑采场稳定性以及深部高应力环境等因素,甲玛铜多金属矿采场宽度采用15 m较为合适,推荐的采场结构参数为15 m×60 m。     

秩和比法耦合数值模拟优化采场结构参数研究

为了得到合理的采场结构参数, 在地应力测量的基础上, 利用FLAC^3D对内蒙古获各琦铜矿CuⅠ矿体采用的上向水平分层充填采矿法采场在不同结构参数下的稳定性进行了研究, 并分析了矿房围岩的应力与位移在不同结构参数(如矿柱宽、矿房宽、控顶高度)下的变化情况。结果显示: 开挖矿房两帮出现最大位移和最大拉应力, 顶板出现最大压应力。从安全角度出发, 采用秩和比法对正交设计的9种方案模拟结果进行优选, 从经济角度分析, 得出获各琦铜矿采场最佳尺寸组合为矿柱宽10 m, 矿房跨度10 m, 控顶高度7 m。     

近距离煤层综采工作面侧向压力分布规律

为确定木瓜煤矿近距离煤层综采工作面区段煤柱的合理宽度,基于矿山压力与岩层控制理论,建立了侧向岩层断裂的三角块结构力学模型,确定基本顶沿工作面推进方向断裂长度和沿侧向断裂跨度为11.9 m,三角块在煤体中的断裂位置为11.5 m;同时应用数值模拟的方法,建立采场三维力学模型,得出随采场推进巷道侧向支承压力峰值为20 MPa、应力集中系数最高2.55和塑性区范围10 m左右,最终确定区段煤柱的合理宽度为18 m,经现场检验回采巷道受综采工作面采动影响小。