不良充填体条件下Ⅱ步骤采场结构参数优化

安徽芜湖和成矿业主矿体采用分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法回采,Ⅱ步骤采场回采进度因Ⅰ步骤采场充填质量问题而严重滞后。为安全高效回采不良充填体条件下的Ⅱ步骤采场,推荐Ⅱ步骤采场采用分段凿岩低阶段空场嗣后充填采矿法,利用FLAC^3D软件与Rhino建模软件对6种不同采场结构参数方案进行数值模拟研究,确定的最优采场结构参数为：当Ⅱ步骤采场两侧充填体强度为一侧大于2 MPa,另一侧小于2 MPa、大于1 MPa时,护壁厚度为3 m,顶柱厚度为5 m,间柱厚度为5 m;当Ⅱ步骤采场两侧充填体强度均小于1 MPa时,护壁厚度为3 m,顶柱厚度为6 m,间柱厚度为4 m。研究结果可为同类型矿山不良充填体条件下的Ⅱ步骤采场回采提供借鉴。     

高浓度尾砂充填室内试验研究

对某矿山高浓分级尾砂充填进行了室内实验,研究了充填物料理化性质、物料渗透性、直剪强度、胶结强度等。实验结果表明:尾砂的渗透系数超过了4cm/h,满足现场充填脱水要求;浓度75%、灰砂比1∶3或浓度78%、灰砂比1∶4的充填体的抗压强度R3大于3MPa,R7大于4.5MPa,可满足大型设备运行的浇面强度要求。     

某矿充填体合理强度研究

针对高大采场高度高和暴露面积大的特点,在保证采场安全的基础上,为降低充填成本,采用理论计算、工程类比和数值模拟相结合的方法确定充填体合理强度。为减少爆破对充填体的破坏,采用Mathews稳定图法确定采场充填体侧帮暴露面积,并根据成功工程实例推荐护壁厚度。研究结果表明,当矿房高度为36 m时,充填体28 d强度从上到下分别为1.85 MPa、1.5 MPa和1.85 MPa;当矿房高度为60 m时,充填体的强度分别为2.45 MPa、1.8 MPa、2.0 MPa、2.2 MPa和2.45 MPa;当矿房高度为72 m时,充填体的强度分别为2.8 MPa、2.0 MPa、2.2 MPa、2.4 MPa和2.8 MPa;二步骤采场充填体强度为0.6 MPa;当炮孔孔径为165 mm时,护壁厚度为2.2～2.5 m;当炮孔孔径为120 mm时,护壁厚度为1.5～1.8 m。     

充填体力学模型与稳定性分析

为更好理解矿山开采过程中充填体力学行为及其稳定性特征,依托某铜矿开采与充填基本参数,引入充填体自立强度模型,采用FLAC3D数值模拟软件,以应力场、位移场和塑性区为评价指标,重点揭示了不同充填体强度和分层回采充填高度对充填体力学性能与稳定性特征的影响机制,确定了该矿山的最适充填体强度范围为1.5 MPa～2.5 MPa,综合考虑采场内三角矿堆与最上层充填体回采作业要求,建议最下和最上分层充填体强度均为2.2 MPa,相关研究可为同类矿山充填作业提供借鉴.     

张家洼铁矿崩落转充填采矿工艺及结构参数研究

随着绿色矿山理念的发展,崩落法矿山逐渐向充填法转型,隔离矿柱厚度和矿房参数对崩落转充填 后采场整体稳定性具有重要影响。针对张家洼铁矿无底柱分段崩落法转充填法问题,通过理论计算对隔离矿柱位 移进行求解获得保证下部充填采场稳定的隔离矿柱安全厚度。同时,利用 FLAC3D软件对不同矿房跨度和充填工 艺回采过程中的采场稳定性进行分析评价,确定最优采矿工艺和结构参数。研究表明：①12.5 m 厚隔离矿柱能够 满足过渡阶段采场稳定性;②15 m 矿房跨度顶板拉应力集中较大,且顶板位移显著增大,为了确保回采安全,优先 采用 10 m 矿房跨度,在顶板条件好的区域可以考虑采用 12 m 跨度;③采用 3 MPa、4 MPa 和 5 MPa 强度的人工假顶 均可保证下中段开采过程中采场稳定,因此可将 3 MPa 作为人工假顶的充填体强度标准;④阶段矿房内人工假顶 上部采用 1 MPa 充填体整体充填满足二步采充填体单侧揭露稳定要求,可降低原设计多次不同强度分层充填带来 的施工组织难度。     

金厂河多金属矿尾砂胶结充填试验研究

为保障金厂河多金属矿充填系统的正常运行,亟需确定适合矿山条件的最佳充填参数。通过矿山取样和实验室试验研究,结合矿山采矿方法所需的胶结充填体强度,确定了一步骤采场充填料浆浓度为72%,底部采用分级尾砂胶结充填,灰砂比为1∶4;中上部采用全尾砂胶结充填,灰砂比为1∶6。研究成果可为确定同类矿山尾砂胶结充填参数提供参考。     

上向水平分层充填采矿法的优化研究

针对新桥硫铁矿上向水平分层江砂胶结充填采矿法存在的问题,优化了采矿方法,科学地设计了胶结充填体强度,在试验基础上,优化了充填材料及配合比。得出了满足安全生产条件的充填体强度：矿柱充填体单轴抗压强度为2．1MPa,矿房浇面充填体σ14=1．0MPa,σ28=3．0MPa;达到了最佳充填材料配比：矿柱和矿房浇面的充填体灰沙比分别为1：7和1：5。研究成果已在新桥硫铁矿推广应用,效果良好．     

细粒级全尾砂膏体充填配比优化试验研究

针对某金矿细粒级全尾砂膏体充填的充填体强度低,且矿山污水排放要求严格等问题,展开细粒级全尾砂物理化学性质试验、絮凝沉降试验、流动性试验、充填体强度试验及充填体浸出毒性试验.获得了符合该矿的最佳充填配比参数.试验结果表明:全尾砂的-20μm 超细颗粒含量达到45.91％;絮凝沉降6h,底流质量浓度可达65.3％,沉降20h以后,底流质量浓度可达73.2％,可满足制备充填料浆的浓度要求;相同配比下,胶凝材料选择 P.O42.5水泥较 M32.5水泥制备的料浆,其流动性更好,单轴抗压强度更高;采用上向分层充填采矿方法,打底充填时,可采用 P．O42.5水泥制备质量浓度为67％,灰砂比为1:8的全尾砂料浆,充填体７d强度可达0.3MPa以上,可满足充填体自立要求,浇面充填时,可采用 P．O42.5水泥制备质量浓度为67％,灰砂比为1:4的全尾砂料浆,充填体７d强度可达1.2 MPa,可满足设备运行的要求.充填体试块浸泡液的重金属离子浓度皆低于国家排放标准,说明该矿的选矿废水可用于制备充填料浆.     

特大型采空区充填体强度设计优化

为保证某矿特大型采空区的稳定性，最大程度回收采空区内的矿柱，采用工程类比法和理论计算法分别得出设计的充填体强度为2和1.5 MPa，根据设计强度得出灰砂比在（1∶4）～（1∶8），对充填体两侧进行受力分析后，应在采空区受力较大的顶底板处适当提高灰砂比，使设计充填体的抗压强度高于该处的实际受压强度，采用经验公式和杨辛公式进行充填体自立强度计算比较，得出40 m高充填体的设计强度为1.664 MPa。结果表明，3#矿体采空区最下部采用灰砂比1∶4胶结充填，然后逐步下降至灰砂比1∶8进行充填；在中段水平位置采用灰砂比1∶4胶结充填，充填高度不小于6 m；在距离采空区顶部2～3 m采用较高的灰砂比，甚至是水泥砂浆进行充填；可获取最佳的充填效果，保证矿山安全持续生产。     

凡口铅锌矿高浓度尾砂充填材料特性试验研究

针对凡口铅锌矿目前充填浓度低,生产成本高,尾砂利用率不足等问题,研究了不同充填材料的配比参数,分析了不同条件下料浆流动性变化规律和管道输送阻力特性。结果表明,为满足采场机械化开采需要,采场浇面充填宜选择分级尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为76%,充填体强度R3≥3.0 MPa;非浇面充填可选择混合尾砂作为骨料,灰砂比为1∶4,质量分数为70%,充填体强度R28≥3.0 MPa。充填料浆采用内径130 mm管道输送,流量为60 m~3/h时,分级尾砂料浆和混合尾砂料浆管道输送阻力分别为1.77 MPa/km和1.97 MPa/km。基于矿山现有充填管网系统及管道参数,采用高质量分数充填时,管网系统充填倍线均小于料浆自流充填倍线,均可实现自流输送。     

掺铜渣的混合骨料配比及强度试验

为了解决某矿山粗骨料充填料浆离析的问题,采用掺铜渣来改善骨料级配,混合骨料粒径级配分析和充填体强度试验结果表明,充填体强度随着浓度与铜渣掺量的增加而提高,对于82%的浓度,铜渣掺量在达到200kg/m3之前,强度改善明显;掺入适量铜渣,能有效改善粒径级配,提高充填体强度;满足充填强度要求的最低成本方案为:固结粉290kg/m3、废石361.6kg/m3、棒磨砂843.8kg/m3、铜渣257.6kg/m3,料浆浓度为82%,水为384.8kg/m3,此方案下的充填成本为112.6元/m3,相比当前156元/m3的充填成本,降低了约30%,其3,7d和28d强度分别为1.55,3.11 MPa和5.10MPa,均满足该矿山强度要求。     

深部采场胶结充填体力学稳定性研究

为达到完全回采矿石,深部采矿过程中胶结充填体被用来充填回采过程产生的采空区。胶结充填体强度配比设计是基于满足采矿过程充填体应稳定暴露的要求。通过工程类比法和理论分析计算法,确定了能够满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

大跨度充填体假顶力学模型及稳定性分析

针对内蒙古某铅锌矿人工假顶暴露跨度大的技术特征,建立了大跨度充填体假顶薄板理论模型,得到了四边固支条件下的大跨度假顶应力表达式,确定了大跨度充填体假顶厚度为3.5 m、强度为4.0 MPa; 利用经济配筋率理论,确定了大跨度假顶纵筋及横筋直径25 mm、间距140 mm的配筋参数; 采用FLAC^3D软件分析了矿房和间柱采场充填体假顶应力、位移及塑性区分布情况,探索了大跨度充填体假顶力学演化规律。研究结果表明,大跨度充填体假顶在其自重及上部充填体作用下能处于稳定状态,并在矿山得到成功运用,验证了所留设充填体假顶厚度以及配筋设计的合理性。     

固体废物膏体充填岩层控制的数值模拟研究

为确定充填体强度和承压水上充填开采的安全性,预测充填开采控制岩层活动的效果,结合现场地质条件,基于充填体的充填作用机理,采用数值模拟软件FLAC,研究了在上层煤未采和已采两种情况下,利用不同的充填体强度开采下层煤后的地表沉陷和顶底板弹塑性区分布,分析了充填开采时工作面矿压及顶板稳定性．研究结果表明：膏体充填开采可有效控制岩层移动,减少地表沉陷效果显著;充填体强度越高减沉效果越好,但大于1MPa后,地表沉陷变化趋缓．综合安全、经济等因素考虑,充填体强度1MPa即可保证安全开采．     

胶结充填体力学作用机理及稳定性分析

阐述了胶结充填体力学作用的机理,通过工程类比法和理论分析计算法,研究确定了满足安庆铜矿井下采空区所需的胶结充填体强度要求,为矿山充填配比设计提供了强度依据。同时也得出胶结充填体强度与暴露高度和宽度的关系,揭示具有稳定性的胶结充填体力学强度变化特性。     

大采深综采工作面充填留巷围岩稳定性关键技术研究

为解决大采深综采工作面无煤柱沿空留巷围岩稳定性问题,通过对充填体切断和支护顶板动力学过程进行理论分析,得出了充填体抗压强度22 MPa条件下,宽度不小于2.4 m;采用FLAC3D数值模拟,对不同厚度及不同强度充填体下巷道顶板下沉量和围岩塑性区变化规律进行了研究,得出了充填体厚度为2.5 m、强度为22 MPa时顶板下沉量达到工程需求,并提出了沿空留巷超前区、待充填区和滞后区分段支护技术,为类似地质条件矿井中该技术的应用提供借鉴。     

东塘子铅锌矿碎石胶结充填配合比优化研究

为了提高陕西东塘子铅锌矿矿石回采率并解决地表废石场问题,提出了碎石胶结充填采矿工艺,并开展了一系列室内充填配比优化研究。研究结果表明,浆体的塌落度存在临界点,在料浆浓度为84%之前和之后塌落度降低率分别为11.37%和52.53%(水泥∶粉煤灰∶碎石为1∶1∶16);添加剂可明显提高充填体强度,A2配比时7d和28d强度可分别提高28.78%、71.29%;充填体强度随养护时间呈对数增长;根据充填体强度和输送性能的要求,推荐矿山充填料浆浓度为82%～84%,对应塌落度为25～29cm,胶面充填采用A2配比,普通充填可采用A3、B3和D2配比,对应的7d强度分别大于1.2MPa和0.5MPa。     

基于主成分分析法的嗣后充填采场矿柱及充填体强度研究

空场嗣后充填矿山采场留设矿柱是地下采矿空间的重要结构，其尺寸会影响矿山生产安全、资源回采率以及企业经济效益，针对此类问题，以大牛铁矿为研究背景，基于主成分分析法(Principal components analysis, PCA),根据数值模拟获得的不同矿柱宽度和充填体强度下矿柱最大压应力和剪应力、位移及塑性区占比，构建矿柱稳定性综合评价指标；并以矿柱稳定和经济效益最优为目标，最终确定矿柱宽度和充填体强度。研究表明：(1)融合数值模拟得到的矿柱压剪应力、变形和塑性区的PCA综合评价指标显示，当充填体单轴抗压强度σ=1.5 MPa时，矿柱宽度b=9 m可保证稳定；(2)当矿柱宽度b=10 m时，充填体单轴抗压强度σ可降低至0.5 MPa;(3)当b=10 m、σ=0.5 MPa时，矿柱稳定和矿山效益综合最优。研究方法和成果可供类似工程借鉴。     

罗河铁矿高阶段采场充填体应力解析与强度设计

为了获得罗河铁矿高阶段采场充填体最优强度,通过分析高阶段采场充填体的受力特征,应用理论力学构建高阶段采场充填体应力解析模型,分析了充填体应力与采场长度、采场宽度的关系,最后结合应力解析模型计算获得充填体最优强度。结果表明,充填体暴露高度越高,充填体内垂直应力越大;充填体强度越低,充填体高度对其垂直应力的影响越敏感。罗河铁矿阶段采场高度为80 m＜H≤85 m时,充填体强度不低于2.5 MPa,当采场高度60 m＜H≤80 m时,充填体强度不低于2.3 MPa;分段采场高度30 m相似文献   

大尹格庄金矿深部采场胶结充填体强度研究

依据工程类比和理论计算分析,确定了大尹格庄金矿深部采场的胶结充填体需求强度,即3 d充填体强度不少于0.5 MPa,整体稳定强度不少于1.0 MPa。同时,对大尹格庄金矿的尾矿进行了胶结充填体抗压强度试验,得到了不同灰砂配比、不同料浆浓度、不同养护时间的分级尾砂和全尾砂胶结充填体抗压强度;根据试验结果,获得了满足矿山需求的胶结充填配比方案。