充填法采场结构参数优化设计

采用弹塑性理论,综合考虑了国内某矿山矿体的赋存条件,建立了采场稳定性分析的三维有限元模型,研究了充填采矿法不同结构参数时采场的稳定性以及围岩应力和位移随矿房、矿柱尺寸以及采场控顶高度的变化情况.研究结果表明:采场最大压应力和最大拉应力随矿柱宽度增大而减少,随矿房宽度增大而增大;该矿山合理的采场结构尺寸为矿柱宽8 m,矿房宽10 m,控顶高度8～12 m.     

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。     

缓倾斜薄矿体采场矿柱尺寸设计及安全性分析

谦比希东南矿体中缓倾斜薄矿体主要采用房柱采矿法开采,为了探究矿柱尺寸以及矿柱间距对采空区安全性以及矿石回采率的影响,基于Bieniawski矿柱强度理论,对980m中段某区域矿体进行分析,计算不同情况下的安全系数和矿石回采率,得到了各矿柱尺寸下最优的矿柱间距。当一步骤采场跨度为7m,矿柱的宽度和长度均为4.5m时,最佳矿柱间距也为4.5m;当一步骤采场的跨度为8m,矿柱的宽度和长度均为4.5m时,最佳矿柱间距为4m;当一步骤采场的跨度为9m,矿柱的宽度和长度均为5.0m时,最佳矿柱间距为4.5m。     

矿柱尺寸设计及稳定性的数值模拟分析

留设永久矿柱能够保证深部采场围岩稳定,在保证安全的前提下,科学合理地设计矿柱尺寸至关重要。根据采场应力环境,确定矿柱压力并进行矿柱宽度的理论计算;采用数值模拟的方法,研究采场矿柱尺寸对围岩稳定的影响。结果表明,矿柱巷道交叉中心点处位移最大,巷道底角部位应力最为集中;矿柱的承载能力随其长宽比值增大而降低,且出现脆性破坏特征。确定了白音呼布井下采场矿柱宽度为6.25 m,该方形矿柱的稳定性最好。     

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。     

破碎采场跨度数值模拟优化研究及工程应用

为保障破碎矿体采场稳定，减少矿石损失和贫化，实现安全高效开采，以某铁矿破碎采场为背景，利用FLAC3D分析不同宽度采场的稳定性，确定合理的采场结构参数。通过计算和分析不同宽度的矿房在开采过程中顶板和侧帮的应力、位移和塑性破坏区变化特征，得出不同结构参数采场的稳定情况。结果表明，当采场宽度超过14 m时，顶板的应力和位移都较大，采场的稳定性变差；随着采场宽度的增大，侧帮的应力和位移变化范围逐渐减小，有利于采场的稳定；当采场宽度大于12 m时，两帮容易发生剪切滑移破坏，采场的稳定性变差。因此，建议采场宽度选择为10～12 m。工程实践表明，优化选择的采场结构参数合理。     

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。     

柿竹园钨多金属矿露天地下协同开采安全隔离层厚度研究

安全隔离层厚度的确定对矿山露天地下协同开采的安全和产能过渡有重要意义。为了确定柿竹园钨多金属矿安全隔离层厚度,首先运用多种隔离层厚度计算理论,计算安全系数在1.2～2.0时的隔离层厚度范围。在此基础上,对不同厚度安全隔离层条件下采场顶板的力学特征进行数值模拟分析。当隔离层厚度小于80 m时,采场顶板监测点处产生的垂直位移和拉应力随隔离层厚度的减小而明显增大;当隔离层厚度大于80 m时,采场顶板垂直位移和拉应力随隔离层厚度不同变化不大。综合数值模拟和理论计算结果,最终推荐安全隔离层厚度为80 m。     

冬瓜山铜矿隔离矿柱开采方法及稳定性分析

叙述了冬瓜山铜矿采用大直径深孔嗣后充填开采法进行多个采场同时开采,嗣后一次全尾胶结填充采空区的做法;同时通过数值计算软件模拟3种采场结构参数,分析采场的稳定性。计算结果表明：当采场长度越长,采场宽度越大时,围岩里面的最大主应力越大;当采场宽是14 m,长是28 m,永久矿柱厚度是4 m时,采场塑性区范围最小;此组参数被定为隔离矿柱的最终采场结构参数,实现了隔离矿柱的安全高效开采。     

基于FLAC~(3D)的充填采场结构参数优化研究

以新城金矿V~#矿体-580中段采场为研究对象,利用FLAC~(3D)软件进行采场稳定性模拟研究,计算分析6种不同采场结构参数引起的采场顶板应力、位移变化特征,得出最佳采场结构参数。结果表明:在二步矿柱开挖过程中,二步矿柱周围的介质向空区位移变形,采空区中间产生较大变形,顶板垂直位移随着二步矿柱的开采逐渐增大,但最终趋于稳定。在6种方案回采过程中,方案2和方案5与其他方案相比,顶板位移、应力相对较小。基于矿山高效回采及成本考虑,建议采用分层高度5m,采场宽度8m,矿房超前一步矿柱6分层的采场方案。     

大尹格庄金矿深部采场矿柱稳定性分析与参数优化

以大尹格庄金矿深部采场8204为工程依托,在合理的采场跨度范围内设计了3种矿柱尺寸方案,并分别建立三维数值模型。通过对比分析不同方案的采场顶板及矿柱的位移及塑性区,研究矿柱由稳定状态向临界失稳状态的演化过程。引入点安全系数法对采场及其点柱进行安全度评价,得出最佳安全矿柱尺寸,并通过Lunder经验公式验证其矿柱尺寸合理性。分析结果确定采场结构参数为:采场跨度约为12m,矿柱宽度约为6m。     

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。     

脉外采准柱式中深孔落矿充填采矿法结构参数优化

结合沙坝土矿工程地质情况及生产要求,提出脉外采准柱式中深孔落矿嗣后充填采矿法。为保证矿区安全高效开采,借助ABAQUS数值模拟软件,模拟研究了采场跨度分别为15、20及25 m情况下顶板的位移、应力变化情况。结果显示：采场上盘围岩较下盘围岩位移量大,采场内部位移呈漏斗状曲线的均匀变化且20 m及15 m跨度下的位移量较小。3种跨度下充填体最大主应力（压应力）依次为0.67 MPa、0.69 MPa、和1.04 MPa,其中,25 m跨度下的最大主应力已接近或超过充填体抗压强度。考虑开采安全及效率,优选20 m的采场跨度为最佳采矿方案。该结果为矿山进行合理生产设计提供科学依据,通过在沙坝土矿的推广应用,该矿目前已安全高效采矿超百万吨,生产应用效果良好,达到预期目的。     

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。     

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。     

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。     

采场结构参数优化与验证

合理设置采场结构参数是矿山企业需解决的技术难题。以大新锰矿西北采区+340 m中段的采矿工程为背景,采用Mathew图法验核现有采场设计参数的合理性,优化了采场结构参数。研究结果为:1矿山矿柱尺寸选取合理,能够保证开采安全;2矿块斜长为60 m时,Ⅰ矿与Ⅱ、Ⅲ矿的矿房沿走向的极限宽度理论计算值分别为13.5,10.8 m;建议在今后采矿设计中矿房宽度取9 m;3合理布置西北采区Ⅱ、Ⅲ矿矿柱与Ⅰ矿矿房采空区位置,使之达到上下对应,减少矿柱不合理布置带来的安全隐患。     

露地联采采场结构参数优化研究

境界顶柱和采场结构参数设置关系到露天和地下联合开采矿山的安全和资源回收率,科学设置采场结构参数具有重要的工程价值。本文以某矿露天地下联合开采工程为背景,在理论分析法计算矿房宽度基础上,结合有关研究成果和矿山开采实际,设计12种境界顶柱和矿房宽度组合方案,采用FLAC3D数值计算软件模拟分析分步开采过程中关键监测点的位移、剪应变增量和塑性区变化规律,探索最佳顶柱厚度和矿房宽度组合。结果表明,随境界顶柱厚度增加,矿房宽度可相应增大,但增大程度有限,矿房极限宽度为18m;矿山最佳方案为境界顶柱50m和矿房宽度15m,30m顶柱15m矿房宽方案次之。     

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。