缓倾斜极薄矿体全面法开采残留点柱回采方案及稳定性分析研究

某石英脉型钨矿床,矿体倾角平均20°,矿脉厚度0.3~0.8m,采用全面法开采。经过20多年的开采遗留下大量点柱和空区,而且相邻的采空区、以及相邻中段的采空区基本已相互贯通形成空区联合体。随着暴露时间的延长,采场应力集中,采空区安全隐患大,同时造成大量矿柱资源浪费。为了确保矿山生产安全和可持续发展,同时对遗留的矿柱进行回收,通过研究采场顶板允许暴露面积、结合开采技术条件、充填工艺研究等,确定的矿柱回收工艺和采场充填工艺,并针对试验采场的回收方案进行采场矿柱回收稳定性数值分析,综合验证了点柱充填回采的方案是安全可行的,从而为矿山空区治理与点柱安全回收提供指导。     

露天塌陷坑底矿柱回收方法及空区处理方案

呷村银多金属矿为多层急倾斜薄至中厚矿体,在开采过程中,下盘银铜铅锌矿体和上盘独立铅锌矿体下降速度不平衡、后因地表塌陷采用露天开采回收上部矿柱矿量。目前矿山存在采场垮塌严重、损失贫化大、积压三柱矿量大、空区未处理、安全隐患大等问题。为解决以上问题,结合充填系统的建设、矿体特征以及现场情况开展了采矿方法优化、三柱回收及采空区处理方案研究。通过研究选择合理的矿柱回收方法和空区处理方案,降低矿柱回收贫化、损失等技术经济指标,及时处理采空区、调整矿山开采顺序以降低矿山生产安全风险。     

多层采空区稳定性分析及处理措施

在现场地质调查、岩石力学性能实验的基础上,应用FLAC3D数值模拟技术对威克矿多层多区块叠跨复杂采空区体系进行了分析研究,计算结果表明该空区体系处于稳定状态。对矿山提出的空区处理方案进行了数值模拟研究,分析结果显示：照此处理后采空区体系虽部分贯通但整体仍然稳定,达不到崩落塌通地表的预期效果。在空区体系稳定性分析的基础上,提出了空区体系处理的改进方案。先考虑多种因素条件综合确定空区顶板的安全厚度层,松动爆破剥离安全层上部的岩石;再用露天深孔挤压爆破崩落法处理空区上部预留顶板安全层,爆破崩落的岩石充填空区形成下部无底柱分段崩落法的覆岩保护层;最后对空区间残留的岩柱进行崩落,以达到处理采空区体系的目的。     

某矿山崩落法和充填法联合开采采场地压分析

某矿山采用无底柱分段崩落法和充填法联合开采。研究两种方法同时开采时采场地压的变化及采场稳定性问题,运用FLAC~(3D)数值模拟技术对该矿山采场地压的演化规律进行模拟研究并利用微震监测技术验证模拟结果。研究表明,该矿山上部矿体随着无底柱分段崩落法的进行,下部胶结充填体的稳定性得到显著提高,下部充填采场矿柱受力整体呈下降趋势,且无底柱分段崩落法开采结束后,下部充填采场矿柱的垂直应力下降了约35%。由此可见采用无底柱分段崩落法开采能有效缓解下部充填采场的地压,有利于提高采场的稳定性。     

石膏矿隔离矿柱留设厚度数值模拟研究

隔离矿柱留设对采空区上部矿体的安全回采起着至关重要的作用.以某地下开采的石膏矿为工程实例,借助FLAC3D数值模拟软件建立了数值模型,在采用房柱法开采下部矿体,形成众多采空区的条件下,对采用无底柱分段崩落法回采上部矿体进行了数值模拟,分析了回采过程中隔离矿柱的应力、位移、塑性区发展变化情况,结果表明,隔离矿柱的最小厚度应为37 m.     

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。     

崩落法回收残留矿柱的实践

针对地下矿山开采残留的矿柱,结合其下部采矿方法的改变,在工程地质调查、岩体质量评价及利用数值分析方法对空区等进行稳定性评价的基础上,采用崩落法的开采方式及深孔凿岩的方式形成覆盖岩层,有效回收了矿柱,并使矿山采矿方法的变更实现平稳、安全地过渡,为类似矿山空区处理及矿柱回收提供了一种有效的方法。     

倾斜厚大矿体低贫损回采顺序优化研究

针对某大型岩金矿倾斜厚大矿体开采技术条件及中段盘区矿柱采场,提出采场连续回采连续崩落与隔一采一间隔崩落2种方案。结合矿区上部空场法与下部充填法、多中段同时开采的复杂采矿环境,提出了合理的中段回采及采场顺序,合理布置与回采分段切割立槽及上盘三角矿体,可最大限度地回收地下矿产资源,为满足矿山生产能力要求及改扩建工程的衔接奠定了基础,同时可为类似条件的矿山开采提供借鉴与参考。     

国外专利简介

有用矿物矿床开采方法这种开采方法包括划分盘区用分段矿房法开采矿体;用棱形分层崩落矿房矿石,分层下部平面与扇形深孔爆力运矿水平的倾角相等;在下部分段范围内形成三角形房间矿柱和上部分段房间矿柱的矿房拱形顶柱;强制崩落房间矿柱和顶柱;放矿和崩落废石充填采空区。为了避免形成崩落矿石脊以提高矿石回收率和放出低品位矿石以减少矿石损失,可由下式计算待崩落分层     

白山泉铁矿残留矿柱回收技术及空区处理

结合矿山的实际情况,借鉴国内其它相似矿山的矿柱回收经验,对白山泉铁矿一中段的矿柱进行回收利用,并根据现场情况对采空区进行处理,保证下阶段矿房回采的安全性。矿柱回收采用分段凿岩间柱一次性爆破顶柱和间柱的方案,采空区处理采用下向平行深孔崩落顶柱充填采空区的方法,实践证明,矿柱回收方案是合理的,经济效益和空区处理效果良好,可为国内类似矿山提供参考。     

下盘铁矿矿柱爆破回采对上盘矾矿稳定性影响分析

根据七角井铁矿下盘铁矿体和上盘矾矿体的空间赋存关系,如果对铁矿体预留的矿柱进行回采,很有可能对矾矿体的稳定性造成重大影响。为了保障矾矿体的安全高效开采,在回收下盘铁矿体预留矿柱的同时,尽可能减小对矾矿体稳定性造成影响,提出了2种矿柱回收方案和空区处理方案,矿柱回采方案为间隔间柱抽采法和间隔间柱控制爆破堆坝法,并对2个方案进行了数值仿真模拟,模拟结果显示：采用方案一可有效控制上盘围岩的垂直位移量,最终位移量仅为10.83 mm,而采用方案二开挖上盘围岩的垂直位移量较大,达到17.45 mm,可能会造成上盘围岩的坍塌,最终确定方案一为矿柱回收和空区处理方案。     

厚煤层刀柱采空区集中应力影响范围理论判据研究

针对资源整合矿井厚煤层刀柱采空区煤岩应力集中问题,结合刀柱工作面开采方式和煤岩地质赋存条件,利用弹塑性力学半平面体理论和刀柱采空区煤岩受力特点,建立了刀柱工作面煤岩体力学模型,推导出刀柱采空区应力分布计算公式,并对单个和多个刀柱时应力分布规律、影响范围以及主要影响因素进行了对比研究,得出多个刀柱叠加作用下集中应力影响范围是单个刀柱影响范围的2.5~3.0倍,随刀柱数量的增加,竖直方向影响范围的增加速率逐渐减小,当刀柱数量达到20个时应力影响范围趋于稳定;水平方向影响范围受刀柱数量影响较小,确定了以竖直应力的影响范围作为判断刀柱影响范围的依据。结合杨涧煤矿刀柱工作面开采实际,计算得出刀柱采空区在竖直方向的影响范围为10.6 m,会对9号煤层复采工作面的回采造成影响,并提出了复采工作面合理设计原则和刀柱应力释放措施。     

崩落法分区交界矿体连续开采技术

小汪沟铁矿采用分区崩落法，沿矿体延深方向分为上、中、下3个采区同时开采，分区交界部位的采区矿柱受采动应力的长期作用，在距离空区边界15~25 m的范围内，产生了破损程度不等的采动裂隙，由此导致凿岩夹钎，增大了采准工程的施工与回采难度。总结上、中位采区矿柱回采经验，基于散体柱支撑理论，依据采空区冒落线接近于拱形及陷落角内倾的现场监测结果，对临空高度大、承压时间长的中、下位采区矿柱，研究提出钻孔探测空区边界、调整回采顺序与回采进路方向、增大巷道支护强度等综合技术措施，适应采动裂隙条件，使崩落法分区交界难采矿柱得到了安全连续回采。     

多中段群空区下缓倾斜厚大矿体分区高效回采实践

某大型岩金矿山缓倾斜厚大矿体拟采用两步骤空场回采嗣后崩落采矿法,针对多中段群空区下一步骤采空区未处理环境下的二步骤采场回采,结合矿区改扩建生产能力需求,创新构建了大盘区采场分区高效回采方案。将二步骤采场划分成两个区域回采,两区域中间由隔离矿柱分开,下盘矿体采用分段空场侧向崩矿嗣后放顶方案,上盘三角矿体采用分段空场正向崩矿法方案。通过开展大盘区采场分区现场工业试验,实现了多中段群空区下缓倾斜厚大矿体的高效经济安全开采,为类似条件矿山开采提供了重要的技术支撑。     

佛子矿间柱回收与空区稳定性数值模拟

佛子矿长期采用浅孔留矿法回采矿体,在矿体上部残留有大量未回收间柱,该矿拟回收104号矿 体138 m中段的部分间柱。结合现场实际情况,采用有限差分软件FLAC3D对开采现状及抽柱法、 削柱法2种间柱回收方案进行模拟研究。其中,对开采现状的模拟表明,138 m中段间柱和采空区 顶底板的应力值均小于该中段矿岩体的破坏强度,说明该中段暂时处于稳定状态,可以进行矿柱 回收。对抽柱法和削柱法回收间柱进行模拟表明,间柱回收后,区域内的应力值较回收前有一定 的增长,但削柱法回采下的最大压应力和最大拉应力增幅均小于抽柱法,说明削柱法方案优于抽 柱法方案;削柱法回采间柱后,该中段的应力值已接近矿岩体的破坏强度,应在回采完毕后,对 残余矿柱进行加固处理。     

阿尔哈达铅锌矿728 m中段采空区顶柱回收方案研究

针对阿尔哈达铅锌矿728 m中段采空区下方回收顶柱存在的技术及安全问题,提出了中深孔崩落法采矿方法,介绍了顶柱回收方案的采场结构、采切工程、回采工艺等技术参数,确定在采场两翼掘凿切割天井,两翼后退式落矿的顶柱回收方案。采用FLAC3D软件分析顶柱及上下盘在回采过程中应力、位移及塑性区变化规律。数值计算结果表明所提出的顶柱回收方案是合理的,为顶柱回采提供了理论依据,具有重要的实践意义。     

厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设研究

针对厚煤层沿空掘巷工作面煤柱留设合理宽度的问题,以沙曲一矿4305工作面为工程背景,采用理论推导、数值模拟以及现场监测等方法研究分析煤柱的合理宽度、不同煤柱宽度下围岩变形特征以及现场监测煤柱应力.研究结果表明,根据极限平衡理论计算煤柱破坏塑性区宽度并结合煤柱稳定条件确定煤柱宽度至少为7.8 m.运用FLAC3D数值模拟...     

近距离采空区下大采高综采面矿压演化规律研究

 为了研究近距离煤层上覆煤层已采对下覆煤层开采时支承压力的影响,基于潘二煤矿18516工作面矿压实测结果,运用FLAC3D大型非线性三维数值模拟软件,从围岩应力场分布角度对上覆已采煤层对18516工作面作用机理进行了分析。结果表明,煤柱下支架来压时最大循环末阻力大于采空区下支架载荷。煤柱下部周期来压时最大循环末阻力小于初次来压时的载荷;采空区下,周期来压时最大循环末阻力略小于初次来压时的载荷,相差不大。采空区影响区域,6煤采空区上方应力呈“鞍”形等值线分布,煤柱影响区域,6煤采空区上方应力呈“拱”形等值线分布。煤柱下的支承压力应力集中系数达到4.6～4.67,是采空区下方应力集中系数的3.5倍,受煤柱高支承压力的影响,工作面开采此位置时的危险程度较高,更易产生片帮、漏顶现象。     

深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定

针对深部煤层群沿空掘巷具体生产地质条件,采用理论分析、数值计算及现场试验相结合的方法,得出深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定方法,即从上区段采空区侧向支承应力分布规律和煤柱应力分布、巷道围岩应力分布、巷道围岩变形与煤柱宽度的关系及护巷煤柱宽度的理论计算5个方面综合考虑护巷煤柱的宽度,尤其充分考虑了下层煤回采对上层煤沿空掘巷护巷煤柱宽度大小留设的影响。现场试验结果表明：该方法确定的煤柱宽度科学、可靠,为深部煤层群沿空掘巷护巷煤柱合理宽度的确定提供了科学依据,改善了深部巷道维护困难的局面和提高了煤炭资源采出率。     

采空区下近距离特厚煤层回采巷道失稳机理及其控制

采空区下近距离煤层开采时,下层煤回采巷道将受到上煤层采空区遗留煤柱、本煤层相邻工作面动压的影响,针对孙家沟煤矿特厚煤层放顶煤工作面13311回风巷严重的冒顶、两帮内挤和底臌等变形破坏现象,采用现场实测、理论分析及数值模拟等研究方法,探讨了回采巷道失稳机理及主要影响因素。研究表明,13311回风巷变形失稳主要影响因素为迎邻近工作面回采动压掘进、巷道布置方式和巷道支护参数不合理。与上层煤回采巷道垂直布置、巷道支护强度低且迎采动掘进时,下层煤回采巷道容易失稳。为改善13313回风巷围岩稳定性,有效控制巷道变形,根据试验巷道围岩物理力学性质及受力特征,研究提出了有针对性的解决方案:首先改进巷道布置方式,将下煤层回采巷道布置在采空区下,且应距离上煤层采空区遗留煤柱不小于20 m;其次增大护巷煤柱宽度,把区段护巷煤柱宽度增加到20 m以上,减少迎采动掘进动压的影响;最后,采用高预应力全锚索加强支护,提高锚杆锚固段的整体性及其承载能力。据此,在13313回风巷进行了工业性试验并进行了巷道矿压观测,结果表明:经受相邻13311工作面回采动压影响后,区段煤柱整体完整,具有良好的承载性能;锚索受力达到了250～300 kN,约为其破断力的50%,锚索受力增长平稳,较好地控制了巷道离层和围岩变形;13313回风巷顶底板移近量为400 mm左右,两帮移近量为300 mm左右,巷道围岩变形量得到了有效控制,保证了巷道的整体稳定性,取得了良好的支护效果。但是,采用该种巷道布置方式,下层13号煤层13313工作面回采时,因工作面上方11号煤层区段煤柱集中应力的影响,对其顶板和煤壁管理提出了更高的要求,需引起高度重视。