缓倾斜多层矿体叠跨空区顶板应力分析

在缓倾斜多层矿体的开采过程中,往往会形成大量的采空区,且采空区在空间上呈错落分布。此时,叠跨空区顶板的重叠率和稳定性是影响采场稳定的关键性因素。根据梁模型理论和叠加原理,建立叠跨空区顶板应力力学模型,分析不同空区重叠率下叠跨空区顶板的应力分布规律,得出叠跨空区顶板稳定极限状态。以上横山矿区钒矿段为例,分析叠跨空区顶板应力分布随空区重叠率变化的关系。结果表明,当空区重叠率逐渐降低,叠跨空区顶板内的最大主应力值逐渐减小,最大剪应力值逐渐增大;当V8矿体与V11矿体的空区重叠率减小至40%～48%时,叠跨空区顶板发生剪切破坏而失稳。     

塌陷采空区近区安全开采可靠性研究

为实现大宝山矿塌陷采空区近区矿体安全开采和最大限度地回收资源, 建立了塌陷采空区近区开采保安矿柱力学分析模型, 得出了矿柱内应力大小与开采深度、采场高度及矿柱宽度的计算公式, 并用可靠性理论确定了大宝山矿塌陷区近区开采合理保安矿柱尺寸。研究结果表明, 矿柱宽度越小, 矿柱内垂直压应力越高; 开采高度越高, 矿柱越容易破坏。结合大宝山矿塌陷采空区近区开采工程实际, 推荐了不同开采高度下的保安矿柱宽度。     

浅孔房柱法采场地压控制探讨

以山东金岭铁矿为例,以确保安全、尽可能提高矿石回采率为目的,采用有限元数模拟实验方法,分析了浅孔房柱法结构及采场两帮及矿柱应力集中位置,应力集中系数和应力集中区的宽度与开采深度、矿岩性质、岩体构造、采场跨度及其相互关系,地下形成的巷道和采空区,原岩体的应力平衡,采场、围岩和矿体内应力的重新分布,次生应力场,矿柱、工作面顶板和围岩发生位移和变形,确定了合理矿房、矿柱参数,以控制矿山压力.     

不同开采矿层数目深部磷矿体地下开采矿压活动规律的FLAC~(3D)数值模拟研究

以云南磷化集团有限公司晋宁磷矿2号坑口北采区深部矿体为研究对象,通过FLAC3D数值模拟分析,对其深部矿体地下开采过程中,不同开采矿层数目条件下磷矿地下开采过程中采场顶板、围岩的稳定性及矿压活动规律进行系统研究。研究结果表明,1)沿矿体倾斜方向,采场覆岩矿山压力可划分为采空区前方原岩应力区、采空区前方支承压力增压区、采空区上方及附近区域的卸压区、采空区后方应力降压区、采空区后方应力稳定区、采空区后方支承压力增压区、采空区后方原岩应力区等七个区域,伴随着采场的开挖推进,上述七个区域发生复杂动态变化直至平衡;2)与单层矿开采相比,双层矿开采完毕后,采场覆岩矿压显现特征更为明显,但矿压活动整体上趋于缓和。相关结果可为云南磷化集团有限公司所属矿山及类似条件的磷矿山地下开采工程提供一定的参考依据。     

动荷载下上层采空区跨度对双层采空区稳定性影响分析

为研究台阶爆破作用下上层采空区跨度对双层采空区稳定性的影响规律, 以齐大山铁矿出现的双层采空区为研究背景, 采用LS-DYNA软件建立了双层采空区简化模型, 利用突变理论和强度折减法分析了双层采空区的稳定性。结果表明, 在台阶爆破作用下, 爆炸应力波叠加在双层采空区隔板中部; 上层采空区跨度由20 m增至30 m的过程中, 双层采空区隔板由中部向两侧的节点峰值振速呈现减小的趋势, 中部节点峰值振速最高, 受扰动程度最大, 最易发生破坏; 上层采空区跨度由20 m增大至30 m, 剪切安全系数由1.82增大到2.02, 拉裂安全系数由3.52增大到3.966, 双层采空区隔板的稳定性与上层采空区跨度呈正相关关系。     

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研

根据某矿山开采实际, 利用PFC^2D建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型, 分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明, 崩落法回采时, 上部隔离矿柱发生了破坏, 上盘地表出现拉应力集中, 塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前, 回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后, 上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大, 且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时, 隔离矿柱未出现整体破坏, 上下盘地表未出现明显塌陷, 上下盘地表和回填体的水平应力变化不大, 但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。     

联合采矿法回采挂帮矿时采空区的临界冒落跨度研究

露天转地下过渡期挂帮矿开采方法有多种,其中联合开采是解决过渡期产量平衡的有效方法。使用联合采矿法会形成非连续的采空区,这些采空区将影响矿山的安全生产,因此,需要研究安全合理的空区处理方法,诱导冒落法是近几年兴起的一种新型空区处理方法,采用诱导冒落法时需要提前确定采空区的临界冒落跨度和散体垫层的安全厚度,文章结合某铁矿挂帮矿体的实际情况,首先利用解析法计算出空区的临界冒落跨度和散体垫层安全厚度,然后通过数值模拟对矿柱回采过程中空区顶板围岩的位移、应力进行分析,补充验证了采空区的临界冒落跨度,并证明了采用此方案处理采空区的可行性,对矿山的生产施工具有一定的指导意义。     

七角井矿柱回收方案及对相邻矾矿体的安全影响分析

针对七角井铁矿的生产实际,为了安全高效回采2 280 m中段以上矿柱,同时确保位于铁矿体上盘的钒矿体安全开采,提出间隔间柱抽采和硐室深孔爆破法、间柱全采与间隔间柱控制爆破堆坝法回收矿柱,并对2个矿柱回收方案进行了模拟仿真。模拟结果显示:采取间隔间柱抽采和硐室与深孔爆破法回收矿柱并处理采空区能够有效控制上盘围岩过度岩移,保证了钒矿体的开采安全,但应注意回收间柱及两侧顶柱后,需立即采用硐室深孔爆破处理采空区,然后再继续类似间隔后退回采,否则会引起矿柱和上盘失稳。间柱全采与间隔间柱控制爆破堆坝法回收矿柱无法保证上盘围岩的稳定,可能会引起上盘围岩垮塌,影响钒矿体的安全回采。应采用微差爆破技术同时爆破顶、间柱,避免发生顶板跨度过大导致冒落。     

梨树沟铁矿多空区残矿安全回采技术研究

梨树沟铁矿南部采区为倾斜中厚矿体,应用浅孔留矿法开采,因矿体倾角变化大,矿房开采高度不一,形成了多个大小不等的小型采空区,有的空区已经发生冒落,多数空区处于亚稳定状态,空区内部与周围存留大量残矿,同时空区冒落威胁了下部矿体的开采安全。在分析空区顶板矿岩临界冒落跨度的基础上,本着诱导空区围岩安全冒落和保持残矿回采工作面与空区隔离的原则,提出了先崩落空区内矿柱释放空区顶板冒落能,再用分段空区、崩落与诱导冒落相结合的方法回采残矿的技术方案。该方案实施半年多来,采准工程施工与回采的安全条件良好,有效控制了顶板围岩的冒落形式,实现了小型多空区残矿的安全回收与空区危害的协同治理。     

急倾斜互层厚大磷矿体的采矿方法优化研究和数值分析

为解决急倾斜互层厚大磷矿的采矿工艺,详细叙述矿体及围岩的禀赋情况,结合矿山提供的开采技术条件、矿岩及围岩的岩石物理力学性质和RQD值,运用RMR分类方法对岩体质量进行分级,确定岩石质量为Ⅲ级,为采矿方法选择提供理论依据。采矿方法中采用剔除夹石的方式提高出矿P_2O_5的品位,并推荐阶段空场法和无底柱分段崩落法开采本复杂矿体,利用FLAC3D建立开采的计算模型,从压应力状态和拉应力状态分析开采过后,矿柱和围岩受力情况;按岩体塑性分布情况分析,得出矿房间柱和顶柱处于高应力塑性屈服状态整个采场大部分矿柱均出现剪切塑性区和不同程度的拉伸破坏塑性区,有利于开采区顶板岩层垮塌和冒落,为最终确定合理的采矿方法提供了理论依据。     

深部开采地表岩移、保安矿柱与安全深度研究

红透山铜矿深部矿体探明后 ,60年代建设的主井在其预计开采崩落范围内。针对压矿量数百万吨的保安矿柱 ,矿山根据安全开采深度理论在系统空区中构筑人工胶结隔离层并加强空区充填 ,大大缩小了围岩崩落范围 ,释放了积压矿量 ,保证了竖井安全。     

房柱法开采大面积采空区群的稳定性分析

为了得到房柱法开采大面积采空区群的稳定性变化规律,利用空区激光探测系统(CMS)对采空区进行精密探测,运用3Dmine与FLAC~(3D)耦合建立数值计算模型,分析了采空区围岩应力、位移、塑性区大小及分布状况。研究结果表明,采场中部部分矿柱中垂直应力最大为106 MPa,明显高于边界矿柱;采场周围矿柱中垂直应力相对较小,顶板跨度越大,下沉量越大,表明大部分矿柱仍具有一定的支撑能力;位于空区群边界的试验采场内矿柱中部垂直应力最大为46MPa,顶底部垂直应力相对较小;采场顶板存在微量下沉,最大下沉量为14.23mm,底板略微鼓起,最大鼓起量为6.5mm,表明顶底板均较为安全。     

基于FLAC~(3D)的深部大规模开采围岩稳定性分析

以马城铁矿-900~-720 m阶段V矿体开采为研究对象,采用FLAC~(3D)数值模拟软件对其充填开采过程进行模拟研究得出:开挖后矿房肩角及顶板中间处出现应力集中现象,且随着相邻矿房开采,矿房顶板、上盘围岩、矿柱位置出现不同程度的以拉伸为主的破坏现象,塑性区呈不断增大的趋势;通过尾砂胶结充填,矿房围岩应力重新分配,原有矿房顶底板、两帮及矿柱集中应力减小,受力呈均匀分布趋势发展,顶板沉降和底板底鼓受到抑制,塑性区破坏减小,尤其是充填体周围的塑性区没有增大,说明充填体抑制了塑性区的发展,充填对采空区围岩变形控制效果显著。     

复杂空区群下倾斜中厚难采矿体的开采及空区处理技术研究

某矿建矿有20多年的历史,矿山开采过程中未对空区进行处理,矿体回采后留下了大量的采空区,给井下安全生产造成极大威胁。对该矿1304中段以下的大部分空区进行了实地测量。结合该矿70号脉的地质条件、开采现状及空区现状与稳定性等实际情况,对矿柱回采及空区处理过程中采空区周围岩体的应力分布规律进行数值模拟分析,论证隔一采一矿柱空场回采嗣后放顶处理空区方案的可靠性,为以后的空区处理和今后的安全生产提供可靠的依据。     

基于FLAC~(3D)的空区下矿体回采隔离保安矿柱厚度研究

以某地下矿山为工程背景,通过FLAC~(3D)数值建模,讨论不同隔离矿柱厚度下开采矿体对空区的影响,并将结果与现场监测数据进行了对比分析。研究结果表明:隔离矿柱的设置确实能够有效控制围岩变形和空区破坏,保证空区下矿体回采的安全进行;拉应力破坏是围岩破坏的主要形式;考虑到围岩自承能力以及矿量的损失,隔离矿柱厚度确定为15m左右。隔离保安矿柱的尺寸确定对类似矿山的空区治理及开采具有参考意义。     

下穿壁式采空区隧道施工力学及变形规律研究

以巴准铁路敖包沟隧道为依托,基于MIDAS-GTS软件,采用摩尔-库伦弹塑性模型,对壁式采空区开采过程和隧道下穿采空区施工过程中围岩应力分布和变形分布进行数值模拟,探讨二者相互影响。研究表明隧道下穿壁式采空区时,煤层开采使采空区底板下一倍开采长度范围内围岩垂直方向出现拉应力区;隧道开挖应力释放使隧道拱顶围岩拉应力区向上发展与底板拉应力区贯通,易造成隧道拱顶上部岩体受施工扰动而破坏;隧道下穿壁式采空区施工引起采空区底板与顶板竖向位移增大,造成三倍开采长度范围内地表沉降;并且隧道拱顶受采空区底板变形的影响是引起失稳的主要原因。     

采空区稳定性论证

潘洛铁矿经过多年开采后,在井下形成了多个大小不等、形态复杂的采空区.通过对采空区的现场调查、矿岩取样及围岩节理裂隙的综合分析,对现有空区的稳定性进行了论证,为后期矿块采矿设计的矿柱留设、矿房跨度及空区项板暴露面积的确定提供了参考依据.     

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。     

基于FLAC3D某铁矿采空区稳定性数值模拟研究

随着矿山日益开采,形成大量采空区,若发生失稳,将引发地质灾害,危及人民生命财产安全。为了确保生产安全,以某铁矿山复杂采空区空间形态和分布情况为基础,利用3Dmine-Midas/GTS软件耦合技术,建立三维数值模型,并采用FLAC^3D软件进行模拟计算;通过分析采空区围岩、顶板及矿柱的应力、应变、塑性区情况,研究采空区的稳定性。结果表明,南区530,500,470 m中段开采后围岩产生的沉降位移很小,基本在0.1～1.8 mm;围岩压应力值往深部逐渐增大,最大压应力值未超过岩体的抗压强度;大部分采空区围岩均产生了不同大小的拉应力,拉应力值为0～1.44 MPa,均小于岩体的抗拉强度;530 m中段S53C05采空区顶板和与S53C06间的矿柱产生了连续贯通塑性破坏区。     

矿柱回收对空区稳定影响分析

矿柱回采的研究对采空区处理过程中的围岩稳定性、安全性具有重大意义。内蒙某金矿702矿房已开采完毕,701已开采到1140水平,形成701、702空区,进一步开采1130水平以下矿石或抢采7号临时矿柱,可能存在一定风险。将SURPAC软件建立的三维可视化地质模型导入到FLAC3D软件中进行计算,得到了比较全面的数值计算结果,能够比较准确地反应采空区围岩的应力应变状态,结果显示可回收7号矿柱且回收后采空区状态稳定,对采空区治理及矿山的安全生产具有积极的指导作用。