顶板诱导崩落及应用的数值分析

诱导崩落处理空区顶板,其关键技术是运用采矿过程产生的应力释放,合理确定顶板诱导崩落的时空位置。运用突变失稳原理分析了基于矿山连续开采空区顶板处理的诱导崩落各种扰动因素,如采场顶板围岩的力学性质、采空区的面积、拉应力作用区范围和大小等对采场顶板失稳时的影响,研究确定了顶板诱导崩落技术的关键,即确定合理的空区面积。针对铜坑矿非重叠区域下矿块的地质和采矿活动,建立了三维数值有限元计算模型,研究了顶板失稳的影响因素对顶板诱导崩落的时空影响,合理设计回采步序与空区顶板处理时间。     

缓倾斜中厚矿体采空区稳定性数值模拟分析

为研究缓倾斜中厚矿体采空区稳定性,在研究采空区失稳机理以及收集矿床资料、采矿进程及进行室内岩石力学实验的基础上,利用数值模拟软件FLAC对磨坊矿五号井2号矿体4号采场的开采活动进行了模拟.通过对采空区竖向应力分布,塑性区发展趋势以及剪应变增量的分析,得出了空区的稳定性程度及破坏发展趋势:(1)在空区顶板与地板中心处出现了拉应力的集中;(2)空区剪切破坏首先发生在角隅与矿柱的中下部,导致矿柱的失稳,然后再向空区边缘顶板上部发展,最终导致顶板整体塌陷;(3)一、二步开挖后空区处于稳定状态,最后一步开挖后,采空区失稳.     

大型叠层分布采空区爆破处理技术

为应对复杂采空区环境下的露天采矿,通过钻孔、激光扫描获取采空区三维形态,结合袁家村铁矿采空区安全顶板厚度研究成果,确定最佳处理时机,在整体推进中兼顾采空区自由面的开辟。以该矿大型、复杂、叠层分布的空25群为对象,采取全高度一次成孔、分区、分层爆破,上下爆破层互为因子,下爆层空25-2矿柱首先起爆,可增加下层空区暴露面积,诱导空区失稳,下爆层呈爆破漏斗向空区内崩落充填,起爆孔中心掏槽作用可创造侧向自由面,能提高能量利用率、改善爆破效果,上爆层近空区顶板几何中心作起爆点,上爆层径向挤压爆破与爆破漏斗复合作用,对下爆层施加二次冲击,促进空区崩落充填,取得了预期的效果。     

采空区处理对上部采场边坡稳定性影响的研究

目前边坡稳定性研究较多,也取得了很多成果,但针对地下开采转露天开采的边坡稳定性影响、边坡安全控制关键因素研究甚少。针对采场底部空区采用废石充填、上部空区采用崩落隔离矿柱的空区处理工艺,分析采空区进行崩落隔离矿柱对边坡坡脚应力释放、采场边坡脚距空区水平距离影响。根据边坡应力、应变和塑性区发展趋势得出:随着采场边坡脚距空区水平距离的加大,空区底部剪应力呈线性减小趋势;采空区处理时坡脚距采空区水平距离为影响上部采场边坡稳定性的关键因素。结果为地下转露天开采的边坡加固提供了依据。     

顶板崩落变形破坏过程的数值分析

采用数值方法建立三维计算模型,分11个步骤对采场开挖的全过程进行数值模拟,得到开挖后空区围岩的水平位移、竖向位移和塑性区分布情况,进而分析矿区顶板自然崩落规律的变形破坏情况。由于采场的开挖,导致岩体内部应力释放,围岩位移指向空区内部,水平位移最大处出现在采场采矿区的两侧边帮处,位移方向均指向采空区内部。随着开挖宽度的扩大,竖向位移呈圆弧曲线形式由采场顶板向岩体内部不断扩张。开挖过程中,空区顶板首先由剪切破坏导致岩体破裂下落,出现采场顶板冒落现象,采场采空区的顶板中央上部岩体随着顶板冒落不断往下变形,出现一定高度破坏区域的岩体。当采场开挖面积进一步扩大时,采场顶板上方的岩块将无法维持稳定状态,出现持续崩落现象。     

基于RFPA2D的顶板诱导崩落时变效应数值模拟

以铜坑矿92^#矿体T112-T115顶板诱导崩落试验矿段为研究对象,通过RFPA计算分析了顶板诱导崩落过程的时变效应,发现在顶板可稳最大的暴露空区面积为4500m^2;在第四矿段回采后,顶板围岩极大的弱化和冒落,影响顶板高度达到48m。为了保证生产安全条件,人工诱导崩落顶板必须在回采第四步矿段后进行,其人工诱导顶板的安全高度为50m。结果表明,在一定的连续回采采空区的空间条件下,运用局部人工干扰诱导顶板围岩致裂,可以有效形成顶板诱导失稳崩落。     

基于连续采矿的顶板诱导崩落时变力学特性分析

时变力学是以随时间变化的力学行为体为研究对象,分析在时变过程行为中的力学特性的一个力学分支.在连续采矿过程中,由于回采的不断推进,采场的几何边界在不断的变化,矿岩力学性质也随着变化（弹塑性材料）,使得采矿活动是一种典型的非线性时变力学.从时变力学的理论出发,推导了采矿过程中边界条件变化的数值分析的基本方程.根据某矿基于连续采矿顶板诱导崩落设计方案,建立了弹塑性的非线性时变力学数值计算模型,对无人工诱导崩落条件下的连续采矿进行了数值模拟,其应力结果分析表明,在第3采矿步距下,顶板出现亚平衡临界状态,可以实施人工诱导崩落强扰行为,同时针对诱导行为对诱导崩落预裂与崩顶硐室的位移与安全系数进行分析,表明适时的顶板人工诱导崩落可以安全高效的解决矿山空区处理,确保矿山的安全生产.     

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。     

残采间柱条件下空区群顶板失稳的QR法分析

提出基于类框架结构模型QR法的残采间柱条件下空区群顶板失稳分析方法,通过构建采空区群类框架结构受力分析模型,建立采空区群内节点位移函数表达式,采用改进后的QR法计算单元空区关键部位的应力和位移幅值,结合应力和位移失稳判据,研究残采间柱条件下采空区群顶板的稳定性。某金矿1570m中段间柱采动前后采空区群顶板对比计算表明,间柱回采前,各顶板均处于稳定状态;间柱回采后,仅回采中段顶板最大竖向位移与最大拉应力均大于允许阀值,该顶板处于不稳定状态,有失稳风险。现场回采工程结束后,1570 m中段顶板严重失稳,上部覆岩汇入,空区与地表贯通,验证了该方法的可靠性。     

基于C-ALS实测的采空区三维建模技术及工程应用研究

3D激光探测法是目前国际上一种新型空区探测方法。采用先进的空区探测系统(C-ALS)对金属矿山形成的采空区进行精密探测,在此基础上,运用大型矿山建模软件Surpac建立采空区三维模型,并得到空区的形状、空间位置、体积大小。通过对模型的后期处理与应用,从采场周边超挖量、顶板冒落、矿柱垮塌量及回采贫化率指标的计算角度研究了采场回采效果,为采矿技术人员对地下空区的后续分析和处理提供了可靠的科学依据。     

中深孔爆破处理浅埋采空区的实践

基于九江矿业北林场采区4#采空区现状调查和围岩特征,提出以中深孔爆破崩落法诱导上部围岩冒落充填采空区的方法,采用理论分析采空区失稳原因,运用FLAC3D数值模拟分析采空区爆破后位移变化,结果表明,中深孔爆破崩落上部围岩,导致采空区暴露面积增大,水平、竖直方向位移增大,采空区顶板和矿柱失稳。通过现场诱导采空区上覆岩层充填采空区实践,验证了中深孔爆破崩落法处理浅埋采空区的可行性。     

某地下矿山顶板诱导崩落最佳爆破延时时间取值研究

采空区顶板诱导崩落爆破延时时间的合理选取可以有效提高诱导崩落效果。为了确定采空区毫秒延时爆破的最优延时时间，在分析了诱导崩落的技术原理之后，以延时时间为切入点，结合某地下矿山实际 情况，建立了诱导崩落爆破数值模型，运用LS-DYNA有限元分析软件模拟了延时时间分别为20、35、50 ms下的爆炸过程，得到爆炸过程的应力云图以及各观测点有效应力随时间的变化曲线。模拟结果显示：顶板中心 部分的最小有效应力最大值受爆破延时时间影响，其中顶板两端最大有效应力最低时对应的延时时间均为35 ms。当以最大有效应力值与矿岩抗压强度的接近程度为评判依据时，分析得出预裂爆破与崩顶爆破之间的爆 破延时时间取20 ms时诱导效果最好。通过对比分析各观测点的有效应力变化情况并结合上述分析，确定延时时间为20 ms时诱导崩落效果最优。研究结果可为采用诱导冒落法开采的矿山爆破参数优化提供参考。     

书记沟铁矿相邻空区诱导冒落技术研究

本文针对书记沟铁矿两个形状不规则的相邻中型采空区条件,在空区围岩可冒性分析的基础上,研究提出在散体垫层防护下、崩落两空区之间岩柱、将相邻两空区连为一体进行诱导冒落的采空区处理方案,与原强制崩落顶板围岩方案相比,不仅处理费用低,而且施工安全条件好,实施后取得了空区处理不影响生产、空区大冒落零事故的良好效果。     

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.     

二步采场回采下的一步采空区稳定性分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,空区失稳坍塌问题凸显,加强采空区管理,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文采用目前先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助建立了某矿山生产中段采空区数值计算模型,结合应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采场空区稳定性的影响大小,结果表明,二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大并与一步采空区形成了应力叠加,在矿柱位置出现了应力集中,最大集中应力约为26 MPa,且垂直方向上的位移增加,最大位移量接近5 mm,存在顶板垮塌风险。     

李楼铁矿空场嗣后充填法运行管理探讨

充填采矿法在地下铁矿体开采中得到越来越多的应用,目前空场嗣后充填法运行管理主要以“三级矿 量”理论为基础,缺少空区维护和充填组织管理,已不能完全涵盖采矿的全过程管理。 通过 Mathews 稳定图法确定采 场暴露面积,结合薄板理论,构建采空区顶板—矿柱蠕变损伤力学模型的微分方程,计算空区暴露时间。 进一步分析 了采场布置、空区暴露面积及时间、充填组织三者相互关系,探求了采场布置、空区及充填组织衔接规律,梳理了从出 矿、充填到空区管理的生产管理思路,完善了嗣后充填采矿的全过程管理。     

基于 Mathews 图解法的采空区稳定性分析

影响采空区危险性的因素诸多并且复杂性高,甚至部分因素具有一定的模糊性。 为方便、快捷地对采 空区稳定性进行分析,简化危险性影响因素,以湖南某钨矿为研究背景,基于 Mathews 稳定性图解法理论模型,对不同 中段的采空区稳定性进行了理论计算,并依据矿山采空区现状,采用数值模拟法分析了当前采空区下各区域的主应 力、位移和塑性区的分布,评估当前状态下主采空区的稳定状态。 分析结果表明:12 个采空区中,CH5 号、CH6 号、 CH8 号以及 CH12 号采空区以及顶板围岩均处于稳定过渡区,采场整体稳定性一般;而 CH9 号、CH10 号采空区则处 于支护区,采场顶板的稳定性较差,有发生局部垮落、失稳的可能性;分析结果与矿山实际情况相符合,据此可对空区 危险性进行前期预判,降低空区治理费用与安全风险度。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性数值模拟分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,采空区顶板暴露面积进一步扩大,空区失稳坍塌问题凸显,为了能够及时掌握采空区稳定状态,加强采空区管理,避免采空区坍塌引发矿山重大安全事故,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文在总结目前国内外常用的采空区稳定性分析方法的基础上,采用目前较为先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助开展采空区探测,建立了某矿山主生产中段的采空区数值计算模型,通过模拟采场回采过程,分析不同回采阶段的应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采空区稳定状态的影响大小。结果表明,该矿山二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大,并与一步采空区形成了应力叠加,特别是在矿柱位置出现了应力集中,其最大集中应力约为26MPa,且垂直方向上的位移量增加,最大位移量接近5mm,存在顶板垮塌风险。     

紫金山金矿地下采空区顶板上露天台阶失稳的控制

从工程结构和岩体稳定的理论角度，分析紫金山金矿开采方式转型后的露天作业台阶失稳及其危害，阐述地下采空区顶板的露天台阶失稳原因与规律，提出了露天台阶失稳的危害预防与控制方法，运用各种技术手段核查，实测采空区和暗空区状况，控制采空区顶板稳定性，确定合理的最小安全厚度，是控制台阶失稳的有效措施。     

地采矿山转露采的开采程式研究

为了回收原地采矿山遗留的隐患资源,建立了完善的地采矿山转露天开采方法体系,指导地采矿山转露天开采的平稳转型。针对采场下方存在原地采留下的采空区,露天开采前对存在较大安全隐患的大型空区和空区群进行前期集中治理以实现宏观露天开采环境再造,开采中对影响施工安全的局部区域的小空区和盲空区进行综合探测分析和崩落爆破处理以实现微观采场作业条件再造。并总结了地下开采转露天开采矿山生产组织和现场管理的要点,为实现地下开采转露天开采矿山空区治理与露天开采施工协同作业奠定基础。