极破碎中厚矿体开采方法及稳定性分析

根据极破碎中厚矿体开采中下向进路承载层受力特点, 将其简化为受均布载荷及自重应力的简支“梁”模型, 求出承载层最大拉应力σ_tmax的表达式, 并以最大拉应力强度理论作为承载层的破坏判据, 由此得出下向进路不同承载层厚度与安全系数的关系曲线。当进度高度为3.4 m, 进路宽度为3.0 m时, 安全系数法分析表明人工假顶厚度1.4 m为最优。利用二维有限元分析矿山原有的1.0 m厚人工假顶与安全系数法得出的1.4 m厚人工假顶进路的稳定性, 结果表明下向进路回采时, 影响进路稳定性的主要因素是充填体的力学特性, 顶板沉降位移统计表明, 采用1.4 m厚人工假顶的进路顶板稳定, 与安全系数法分析结果一致。     

下向进路稳定性影响因素敏感性分析

为了研究下向进路稳定性影响因素的敏感性,以顶板最大拉应力为指标,顶板安全系数为判据,采用正交设计方法设计试验,应用数值模拟方法进行求解计算,探索下向进路假底厚度、开采进路宽度、开采进路高度对采场顶板安全系数的影响程度,并通过现场工业试验对分析结果进行验证。结果表明,各因素对安全系数的敏感性顺序为:假底厚度进路宽度进路高度;假底厚度为关键因素,采场参数最优组合人工假底厚度为0.6m,进路宽度为2.5m,进路高度为3.5m,采场顶板揭露后混凝土整体性较好,铺设的钢筋未产生暴露,采场安全性好。     

充填体下顶底柱开采结构参数优化及工程应用

为了安全有效回收矿山充填体下顶底矿柱,提高资源利用率,本文结合顶底柱开采环境的特点,采用力学模型和数值模拟计算相结合,对留设残矿层的厚度、进路高度、进路宽度等不同参数下顶底开采顶板稳定性进行计算,分析开挖进路的安全系数、应力变化、塑性变形、沉降变形随着残矿层厚度、进路宽度、进路高度的改变而产生的变化规律。计算结果表明,留设残矿层时能有效吸收开挖进路上部荷载对其的作用能量,同时能均匀地将能量向下传递,使残矿层下方的充填体变形能分布变得均匀,塑性变形小;残矿层在吸收大量变形能之后,容易发生塑性变形,当残矿层厚度较小时会出现拱形贯通塑性变形区,造成采场顶板冒落;在留设残矿层时,开采进路宽度的大小对顶板主应力数值大小影响较大,且影响最大主应力超过矿体抗拉强度的范围。并将计算结果应用于工程实际,通过位移监测论证结果的合理性。综上分析,建议矿山充填体下顶底柱开采留设残矿层厚度为0.9m,开采进路宽度为2.5m,进路高度2.6m。     

基于灵敏度分析的下向进路参数优选及工程应用

为了有效解决下向进路两步骤回采的进路失稳问题,通过建立下向进路力学模型,分析失稳机理,建立了顶板安全系数的灵敏度响应函数,基于修正的Morris法计算出各参数的灵敏度,确定了关键影响因素及其取值范围,并将结论应用于某矿下向进路的优化实践。结果表明：下向进路各参数的灵敏度,进路宽度>假底厚度>假底抗拉强度>假底上部载荷>进路高度;关键因素及范围,进路宽度3.0~3.5 m,假底厚度0.5~0.6 m,假底抗拉强度应大于0.82 MPa。分析结果应用于矿山实践解决了进路掉渣、垮帮现象,顶板与两帮位移70 d累计量均小于10 mm;基于灵敏度分析理论的下向进路参数优选具有较强的工程应用价值。     

中深孔爆破对采场人工假顶的影响研究

为探究爆破对采场人工假顶稳定性的影响,采用LS-DYNA动态分析软件,对中深孔爆破对4.75 m厚的人工假顶的扰动破坏进行了数值计算。结果表明,在应力波自孔底向孔口方向传播的过程中,爆破应力逐渐减小,且在人工假顶中的分布均匀,衰减较快。顶部留设0.5 m厚的保护层后,人工假顶绝大部分单元的最大有效应力值小于充填体的塑性破坏强度,表明爆破作用对人工假顶的破坏较小。在某铅锌矿进行了现场爆破试验,并在人工假顶关键位置布设位移监测点,结果表明,中深孔爆破后,人工假顶和采场边帮无垮塌和冒落现象,顶板沉降位移较小,爆破效果良好。     

基于ANSYS数值模拟的人工假底设计与安全性分析

为了实现白象山矿区的顶底柱安全回采，有效提高资源的回收利用率，通过“薄板”力学模型下的力学分析及Ansys有限元数值模拟对不同参数条件下白象山矿区人工假底构筑工艺进行了优选。分析了3种不同人工假底构筑材料分别在不同假底布置厚度与不同回采率情况下人工假底的力学及位移参数。并结合安全系数方法对44种模型进行了安全稳定性评价分析。结果显示：在保证开采经济最优化原则条件下，得到了安全可行、经济最优的人工假底构筑工艺，即采用2.0 MPa充填体材料构筑2.5 m厚人工假底，隔一采一间隔回采，可以保证50%顶底柱回收安全。本研究成果可直接指导工程设计与施工。     

罗河铁矿二步采场结构参数优选

为了保证罗河铁矿二步采场生产能力和安全性,运用FLAC3D数值模拟软件对不同参数的二步采场稳定性进行分析,获得安全合理的采场参数。通过分析开采过程中各参数采场顶板的应力和位移变化特征,结合顶板应力与位移分布云图,得出各参数采场在开采过程中的稳定情况。结果表明,当采场宽度为19~20 m时,采场顶板的最大拉应力值超出其自身的极限抗拉强度,且拉应力的分布区域占顶板的90%,同时顶板最大位移量达40 mm,顶板易发生拉伸破坏而产生冒顶或垮塌危险。建议二步采场宽18 m,高15 m。     

极破碎矿体进路法开采参数模拟

金属矿床极破碎矿体地下开采大都采用下向进路法开采,进路断面决定开采效率,通过分析18种不同进路断面高宽组合的塑性区、位移及应力,确定最优断面为3.0 m×3.0 m,并通过人工假顶数值模拟,验证了在重力及均布荷载的作用下,矿山现有人工假顶配筋率的合理性。     

石人沟铁矿二步采场结构参数优化

为确保石人沟铁矿二步采场的生产能力和安全性,采用FLAC3D软件对不同参数的二步采场稳定性进行了分析,得到了安全高效的采场参数。通过分析各参数开采过程中采场顶板的应力和位移变化特征,结合顶板应力与位移分布云图,分析了各参数采场在开采过程中的稳定情况。结果表明:当采场宽为34~35 m时,采场顶板的最大拉应力值超出其极限抗拉强度,且最大拉应力的分布区域占顶板的90%以上,同时顶板最大位移量达45 mm,顶板易发生拉伸破坏而产生冒顶或垮塌危险。因此,综合石人沟铁矿的采场生产能力和安全要求,二步采场的宽度宜设定为30 m。     

下向进路充填采矿法人工假顶优化研究与应用

下向进路回采过程中，人工假顶的稳固性是保证下向进路采场安全的重要因素。通过对三山岛金矿下向进路采场人工假顶受力情况进行分析，结合薄板理论，计算出人工假顶厚度与抗压强度函数曲线并得出人工假顶合适的厚度与强度，即人工假顶厚度为0.8 m,强度不小于1.5 MPa,并结合现场实际应用并利用FLAC3D数值模拟软件对下向进路采场回采前后人工假顶应力场、位移场及塑性区分布规律进行分析。结果表明，0.8 m厚的人工假顶在下向进路采场回采过程中能保持稳固性，保证下部采场的安全性，研究结果可为矿山下向进路人工假顶设计和施工提供理论依据。     

基于开采环境再造顶板最小安全厚度研究

针对高价值软破矿体的特殊性, 设计采用开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法回采, 并着重对顶板最小安全厚度进行研究。首先通过结构力学解析法对顶板沉降量的计算, 估算出能维持顶板稳定的厚度取值范围; 然后运用FLAC^3D软件建立了开采环境再造采场数值模型, 并对不同厚度顶板进行模拟计算, 揭示了顶板厚度对采场稳定性、应力分布以及顶板沉降量的影响规律, 表明了塑性区、应力扰动范围以及沉降量都随着顶板厚度的增加而减小, 且减小的幅度趋缓。以顶板沉降量为判据, 模拟结果得出顶板厚度为9 m时的最大沉降量为7.67 cm, 满足矿山安全要求。同时, 兼顾顶板施工工艺、构筑成本和服务年限, 得出顶板的最小安全厚度宜取9 m。     

贯穿断层及隐伏巷道对某露天边坡稳定性影响数值模拟分析

为研究贯穿断层(F₁)及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响,基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标,采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数,结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示：在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道,边坡顶部及坡面位移较小,拉应力小于岩体抗拉强度,同时塑性区未能进行上下贯通;矿区贯穿断层(F₁)在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度,最大位移仅在坡顶及底部,竖向位移量为1.4 mm,在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析,贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大,该结论为矿山安全生产奠定了基础。     

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。     

采场二步骤回采充填体稳定性分析研究

阿舍勒铜矿采用大直径深孔嗣后充填法二步骤回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。本文以0 m中段北1 #采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析,建立数值计算模型,基于Phase2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算分析,综合分析得出：矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求,试验采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,说明矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

基于DIMINE-MIDAS/GTS的采空区稳定性分析

随着矿山的开采,形成大量的采空区,采空区的存在严重威胁井下作业人员安全,并影响企业的长期发展。为了保障安全生产,采用室内试验、数值模拟等技术手段针对南川河石灰岩矿井的地下采空区进行了稳定性分析。在室内岩石力学试验基础上,根据Hoek-Brown准则及其强度参数的估计法,对该矿的岩石力学参数进行折算,利用大型三维矿山软件DIMINE建立有限元三维数值模型,结合有限元数值分析软件MIDAS/GTS进行矿山开采及采空区稳定性有限元数值模拟分析。得出结论:老采空区顶板出现拉应力破坏,局部最大拉应力为2.27MPa,易发生冒顶片帮事故;13号矿柱产生主应力集中,处于压应力破坏;采空区周边矿柱仅有少量单元发生塑性破坏,塑性区主要存在于采空区顶板;地表位移沉降较小,矿山采空区基本处于稳定状态。     

嗣后充填采场爆破与充填体稳定协同效应研究

嗣后充填采场二步采过程中,兼顾爆破破碎效果和充填体稳定对于矿山高效、安全开采有重要意义。通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验获得矿石和充填体的动力学参数,以此为基础,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对不同孔底距、排间距和充填体保护层厚度等多种方案的爆破效果及充填体响应进行模拟分析,并通过山东金鼎铁矿现场爆破监测数据,拟合了质点振动速度的萨道夫斯基公式,结合数值模拟结果,分析应用数值模拟的可行性。研究结果表明：①50.3%品位磁铁矿动态抗压强度为53.8 MPa、动态弹性模量为21.6 GPa、动态抗拉强度为11.7 MPa,充填体平均动态抗压强度约为6.19 MPa;②爆破效果数值模拟显示,孔底距2.9~3.1 m、排间距1.8 m、保护层厚度大于等于1.5 m的爆破方案炸药能量利用最充分,爆破效果最好,且充填体最大振动速度小于12 cm/s,满足爆破安全规程的要求,能保证充填体稳定;③拟合公式推算结果和数值模拟结果基本一致,ANSYS/LS-DYNA软件用于模拟地下深孔爆破效果及充填体稳定性可以获得较为理想的效果。     

综采工作面过空巷围岩稳定性的影响因素研究

为了研究不同因素对综采工作面过空巷时围岩稳定性的影响,采用ANSYS软件建立数值模型,分析不同埋深、不同采高、不同空巷宽度下的空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱切向应力的变化规律.研究结果表明:埋深增加对空巷顶板沉降、煤壁位移和煤柱应力都产生不利影响;采高增大对空巷顶板沉降和煤壁位移影响较小,对煤柱内应力分布影响较大;空巷宽...     

连续全面回采对采场稳定性的影响

针对全面采矿法,进行连续回采,对其采场稳定性进行分析。以云南某铜矿为例,采用数值模拟手段,分析采场中的应力、位移、塑性区。得出:随着开采的推进,最大主应力和最小主应力并不是出现在采场深部,而是出现在顶底柱上,出现应力集中现象,采场中最小主应力的最小值由2.53 MPa增加至5.71 MPa,增幅为125.7%,最大主应力的最小值由6.88 MPa增加至20.11 MPa,增幅达192.3%,应力过大易造成失稳破坏;各点位移均呈增大趋势,3个顶底柱上均出现位移突然增大的现象,中部顶底柱上的最大下沉量达到47.87 mm;顶底柱上表现为剪切破坏,围岩塑性区影响范围增大,表现为剪切、拉剪、拉破坏共存的状态。应适当增大顶底柱尺寸,或者减小采场尺寸,以保证采场安全。