黄屯硫铁矿“三下”矿床开采方法

黄屯硫铁矿矿区地表分布有河流、村庄及大片农田,符合“三下”采矿的开采技术条件,对此,选用上向水平分层点柱式充填采矿法进行开采,盘区高为50 m,沿走向长50 m,垂直走向长60 m,采场中布置规则点柱,断面尺寸为4 m×4 m,间距为15 m×15 m,实践证明,该开采方法取得了较好的社会经济效益。     

上向分层充填法点柱尺寸对地表变形影响分析

随着我国国民经济的不断发展,对矿产资源的需求日益增加,一些原来没有开采价值的“三下”资源项目也逐步列入了开采计划。如何安全、高效、经济、合理地回收这些资源,并确保不影响到地表相关设施的安全,是近年来采矿界研究的重点。根据苍山铁矿矿体开采技术条件,提出了目前比较适用于低价值资源开采的盘区点柱式上向分层充填采矿方法,通过参考类似矿山的经验,初步选择了几组可行的采矿方法点柱尺寸及顶板暴露面积参数,并利用数值模拟方法分析预测其对地表变形的影响。通过多方案组合的模拟分析比较,采用采场点柱尺寸4 m×4 m的情况下,暴露面积为500 m2时方案较优,可提高矿石回收率3%～5%;模拟结果同时表明在此采场参数下,地表移动变形预测值均小于规程所允许值。     

某金属矿地下开采地表沉降影响分析

针对某金属矿向深部开采过程中遇到的地表沉降问题，通过建立该矿山全生命周期内矿体数值模型，研究随开采深度的增加，地表沉降对建(构)筑物和上覆岩层稳定性的影响。采用Midas数值模拟方法模拟矿体逐步开挖后，对地表沉降变形进行分析。研究结果表明，当矿体开采到-800 m中段时，在地表形成了近似圆形的沉降盆地，地表建(构)筑物的最大地表沉降量为16.77 mm，最大水平位移为-7.33 mm，地表最大倾斜为-0.041 mm/m，最大曲率为0.036×10^-3 mm/m²，最大水平变形为-0.052 mm/m。地表沉降及变形值均不超过“三下”采矿规范限值，并且矿山采用充填采矿有效控制了井下采动对岩体的移动，地表及建(构)筑物不会出现明显的沉陷问题，对于该矿深部开采对地表沉降影响分析有一定的参考价值。     

极分散深部矿体开采对地表及建构筑物的影响分析

地下矿山大规模开采会对周围岩体造成扰动,会出现围岩的变形、开裂或者移动,逐渐对地表及其建构筑物造成威胁。以张家岭整合矿区深部大规模开采对地表及其建构筑物的稳定性影响为研究背景,通过辨识得到张家岭整合矿区影响范围内主要建构筑物的保护等级,进而分析影响地表变形的主要因素,结合实际工程地质条件,采用数值模拟方法,利用3Dmine-FLAC_3^D联合建模分析方法,对张家岭整合矿区深部矿体一期及二期开采后,地表变形及地表构建筑物稳定性进行分析。计算结果表明：一期开采地表移动变形较小,随着二期开采的展开,地表最大竖直位移及最大水平位移逐步增大,其中地表最大沉降为10mm;分析在深部开采结束后, G206国道、尾矿库、竖井、村落、诸河流的地表倾斜、地表曲率及地表水平变形值均满足相关规范要求,因此得出张家岭矿区地下开采对该区域的地表变形影响较弱。     

某石膏矿床深部开采稳定性分析

某石膏矿采用房柱法进行回采,开采范围内已经形成大面积采空区,且矿区范围内有村庄,人口稠密。为对-400 m以下深部资源进行科学开采并保障地表建(构)筑物安全,采用数值模拟的方法分析开采对岩体的稳定性及地表变形的影响。结果表明：-400 m以下矿体分层开采后,岩体的最大变形和竖直位移都出现在顶板位置,整体变形均偏小,下沉或底鼓现象并不明显;矿柱部位出现区域压应力集中,最大达26.38 MPa,矿房边墙所受拉应力较小,不超过2 MPa,整体无较大应力集中区域和塑性贯通区;地表沉陷最大位移为2.72 mm,水平变形最大值为0.0035 mm/m,倾斜率最大值为9.1×10^-3 mm/m,曲率最大值为6.74×10^-5 mm/m²,各指标结果表明-400 m以下矿体分层开采整体稳定,对地表建(构)筑物的影响很小。     

充填体中矿柱留设对地表沉降的影响

在矿产资源日益短缺的情况下,“三下”矿山的开采对我国的经济发展有着重要的意义。云驾岭铁矿上部为云驾岭村庄和玉石洼铁矿生活区,也属于“三下”矿山,该矿在开采方案设计中采用嗣后充填房柱采矿法,用工程类比法确定留设21%的永久矿柱。模拟工作是运用有限差分FLAC软件进行的,在对矿山工程地质、采场结构参数及原岩应力场的调研基础上,建立了力学简化模型。模拟结果可以得出地表变形的规律：采空区中心地表沉陷值最大,形成盆地,盆地内的下沉大致是对称的,地表最大下沉值与采空区中点相对应。     

某金矿"三下"开采移动带内地表稳定性分析

为确保移动带内地表村庄、河流、道路的安全，同时最大限度地开采地下资源，结合某金矿大断裂带构造条件下采用尾砂胶结充填采矿法的工程实例，运用概率积分法理论计算出的矿山安全开采深度为108 m，小于覆岩厚度（130 m），满足安全开采要求。采用FLAC3D数值模拟方法对该矿“三下”开采移动范围内典型剖面的地表沉降进行了分析，经计算，最大倾斜变形为0.022 mm/m、最大水平变形为0.019 mm/m，与地表实测数据较接近，满足建（构）筑物保护等级要求。根据矿山井下爆破工程特点，计算出的矿山最大爆破安全允许距离为96 m，认为矿井爆破振动不会影响至地表。研究表明：该矿“三下”开采移动带内地表建（构）筑物安全稳定，对于该矿安全高效开采以及类似矿山开采移动带范围内的地表稳定性分析有一定的参考价值。     

滨海大型金矿床点柱法开采位移规律分析

三山岛金矿新立矿区采用点柱式上向水平分层充填采矿法开采,根据矿体开采的移动角分析了陆地沉陷大小及其范围,得出主断裂面上地表最大水平形变量为0.32 mm/m,最大曲率是0.08×10-3 m,建筑物损坏等级分类为Ⅰ级,应该加强地表位移的监测及安全预警。     

基于概率积分法理论模型的累积不接顶充填效应沉降变形预测

金属矿山地下开采后所形成的采空区会导致地表出现变形。通过对传统概率积分法进行优化,提出一种适用于充填采矿法的改进概率积分法。采用该方法对白象山铁矿西部厚大矿体应用充填不接顶累积效应的4种不同采矿方法所导致的地表变形量进行了预测,并分析了变形对地表建(构)筑物的影响。结果表明,西部厚大矿体地表最大下沉值范围为64.4～294.2 mm,最大水平移动值为19.3～88.3 mm,最大倾斜值为0.5～2.4 mm/m,最大曲率值均不高于3×10-5/m,最大水平变形值均不高于1.1 mm/m。各采矿方法引起的变形量均不会超出规范对地表建构筑物的要求。研究结果为该矿山采矿方法的选择和优化提供了理论支撑。     

西冯街煤矿条带开采方案设计及可行性研究

针对西冯街煤矿5盘区地表建筑物密集,村庄下压煤量大等问题,通过理论计算、数值模拟、概率积分法对其条带开采方案进行设计,并进行可行性论证。结果表明,5盘区条带开采工作面设计采宽为58.5m、煤柱留设宽度为39m时,工作面回采率为60%,煤柱核区率超过65%,能够保持自身稳定并支撑顶板压力;回采后地表最大下沉量为176mm,倾斜变形为1.17mm/m,曲率变形为0.12×10-3/m,水平变形为0.58mm/m。     

某缓倾斜铁矿采场结构参数与开采顺序优化研究

为了得到某铁矿采场结构参数和最优开采顺序, 采用Bieniawski矿柱强度设计公式对采场结构参数进行了优化。利用数值模拟方法建立了3个不同开采顺序的分析模型, 模拟了开采现状和下步开采过程。研究结果表明: 设计的“棋盘”方式的矿房、矿柱布置形式, 有利于地压控制、通风、矿柱回收和保护地面的建(构)筑物等;各盘区之间在盘区大矿柱的隔离作用下, 相互之间的影响较小;最优的开采顺序为由北向南开采, 其次为从中间到两边开采;根据矿柱强度设计公式和三维数值模拟分析综合确定了采场结构参数。研究结果可为相似矿山采场结构参数研究提供参考。     

缓倾斜中厚磷矿床矿柱稳定性及采场结构优化

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区+2 150 m水平缓倾斜中厚磷矿床为研究对象,通过矿山压力平面应力相似模拟试验台,进行了房柱采矿法下矿柱稳定性及采场结构参数优化的相似模拟试验。基于试验结果,研究了沿矿体走向推进过程中采场顶板围岩与矿柱的应力、变形破断规律,同时对采场矿柱宏观失稳破坏模式和失稳机理进行了探讨分析,并对房柱法开采下采场结构参数进行了优化。结果表明：房柱法开采下采场围岩的变形破断具有明显的3个阶段特征,按照变形破坏程度,房柱法开采后,采场覆岩划分为垮落带、裂隙贯通带以及微裂隙松动带;矿体开挖结束后,对采场的个别矿柱进行回收,回采结束后矿柱会突然发生整体大规模的垮塌失稳破坏,呈现出明显的“多米诺骨牌效应”;同时建议采用矿房10 m,矿柱8 m的采场结构参数,以保证采矿安全。研究结果可为该采区深部矿体或类似条件的矿山开采提供理论和技术上的指导和建议。     

杏山铁矿废石充填采场间柱尺寸优化分析

合理的废石尾砂胶结充填采场间柱尺寸是保障回采安全和维护地表稳定的重要设计参数之一。采用理论分析,提出了适用于杏山铁矿端部矿体废石胶结充填采场间柱尺寸设计方法和经验值;采用数值模拟分析方法,分析了既有回采顺序条件下采场间柱稳定性,验证了理论分析结果的合理性。研究结果表明,采用理论分析和数值模拟相结合的方式,共同开展废石充填回采间柱尺寸优化设计方法是合理可行的;基于杏山铁矿端部矿体工程现状,设计的6.0m废石充填回采间柱的尺寸在技术和安全层面,能够满足实际需求,为同类矿山的矿柱参数优化设计提供了有益借鉴。     

卧虎山铁矿开采方法选择及采场结构参数优化

为了提高卧虎山矿年产量,满足生产要求,找到适合卧虎山矿地下开采的采矿方法,由地质条件入手,通过点柱上向水平充填采矿法和上向高分层充填采矿法2种采矿方法在技术和生产中的优缺点对比,得出适合25~24矿段的采矿方法为上向高分层充填采矿法。为探求此采矿方法合理的采场结构参数,实现安全、高效生产,利用FLAC3D模拟软件,对不同方案的围岩应力及位移分布规律进行数值模拟分析,研究不同矿房宽度对采场稳定性的影响,得到矿房矿柱适合宽度分别为11 m和9 m。由国内外矿山使用的锚杆长度和经验公式得到锚杆长度,预控顶支护方式为锚杆支护。研究结果对其他矿段的回采具有指导借鉴意义。     

大冶铁矿充填法采场结构参数校核与建议

结合大冶铁矿矿床开采技术条件,对东采-180m水平空场嗣后胶结充填采矿法的采场结构参数进行了校核计算和模拟分析。首先采用力学模型法,将采场顶板简化为简支梁,计算顶板的最大跨度以确定采场结构参数范围,并对矿柱的强度进行计算。其次采用FLAC软件进行数值模拟分析,采用"隔一采一"的开采顺序对矿房和矿柱进行分步开挖,通过对应力分布规律、塑性区和位移变化规律的分析,求解安全系数,并综合开采效率和安全系数等因素,提出了大冶铁矿充填法采场结构参数范围建议。     

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。     

阶段嗣后充填法采场应力与变形规律及稳定性研究

某铁矿采用阶段空场嗣后充填法开采,目前-450 m首采中段的回采工作即将结束,拟在-390 m新中段的开拓中将阶段高度从原来的60 m提高到90 m,阶段高度提高了50%。为了研究急倾斜厚大矿体在阶段 空场嗣后充填法开采条件下的应力变形规律,采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法,考虑了首采中段和多盘区对新中段回采充填的影响,通过分析得到了采场矿柱和围岩的应力与变形规律。结果表明：在阶段 高度提升后的新中段回采充填过程中,矿柱被揭露后矿柱内的应力会大幅增加,并随应力集中程度增加而导致矿柱的剪切破坏;采场内最大变形出现在中间盘区矿房顶板,最大主应力及塑性区主要出现在中间矿柱的 中下位置,最大主应力、沉降变形及塑性区呈中间大两边小的对称性分布,最小主应力出现在两边矿房顶角处;盘区矿房采用间隔回采形成的最小主应力和沉降变形小于顺序开采,矿房的回采顺序对最大主应力的影 响较小;随着矿柱宽度增加,采场内最大最小主应力、变形值及塑性区范围呈逐渐减小的趋势。研究成果对国内外采用空场嗣后充填法开采的同类型矿山具有借鉴意义。     

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。     

夏甸金矿上向水平分层充填法结构参数优化的数值模拟

夏甸金矿-692 m水平以上采用点柱式上向水平分层充填法进行回采,在回采时矿房宽6 m,矿柱宽度为2 m,2 m的矿柱不回收,造成了较为严重的矿量损失。因此,对夏甸金矿-692 m水平以下的采场采用的采矿方法进行优化,采用了上向水平分层充填法进行回采。基于FLAC^3D数值模拟软件对采场结构参数优化,通过模拟不同矿房矿柱的宽度方案,观察不同方案采场中的应力、塑性区情况来确定最佳的矿房宽度和矿柱宽度。研究发现：当矿柱宽度为4 m时,其矿柱中岩体塑性变形程度低,矿柱完整性好,安全程度高,矿房宽度为5 m时,塑性区面积最小,塑性变形最弱。因此,选择矿柱宽度为4 m,矿房宽度为5 m是最佳的结构参数。     

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。