充填开采安全深度与保安矿柱圈定研究

地下矿山深度充填开采过程中,保安矿柱的留设不可避免,传统的保安矿柱圈定方法问题明显,以安全深度结合岩移角圈定保安矿柱的方法被认为是可行的,但安全深度的计算方法尚不明确。以三鑫金铜矿桃花嘴矿区为工程背景,采用理论计算、有限元数值模拟方法来研究安全深度,进而圈定保安矿柱。结果表明:通过理论计算,得到临界安全深度为-428.9m,运用有限元数值模拟软件FLAC3D对开采过程中顶板下沉量与塑性区分布、井筒位移与应力变化情况进行模拟,进一步确定了安全深度为-442m。基于安全深度理论对保安矿柱重新进行圈定,与传统方法相比,释放了大量压覆资源,提高了矿产资源利用率。     

“三下”开采井筒保安矿柱优化及地表变形模拟分析

为解决河北某矿山"三下"开采中保安矿柱压矿严重和地表变形的实际问题,运用FLAC~(3D)数值模拟及辅助建模、图形处理软件,模拟了不同保安矿柱厚度下井筒围岩的应力应变及地表的位移变形程度,研究结果发现:相比应力应变及位移,以塑性区大小作为井筒失稳判定标准的敏感性更高;当采用充填法开采急倾斜中厚矿体时,井下关键工程必须布置在矿体30m以外甚至更远,且当此类中小型矿床埋深大于500m时,充填开采对地表影响较小。     

硬岩矿床组合型井筒保安矿柱圈定与压覆资源回采技术

为合理留设硬岩矿床充填开采时的井筒保安矿柱尺寸,考虑硬质围岩的岩体质量等级和自身抗变形、抗破坏能力,在常规岩层移动角圈定方法的基础上提出了组合型井筒保安矿柱留设方案。以山东某铁矿东主井压覆资源开采为研究背景,通过现场调查与岩石力学试验开展了工程地质分区与岩体质量等级评价,根据分级结果将-250 m水平以上的Ⅱ～Ⅳ级围岩按岩层移动角圈定台体状井筒保安矿柱,-250 m水平以下Ⅱ级硬质围岩按极限距离80 m圈定圆柱形保安矿柱,同时设计了两种井筒压覆资源开采方案,即浅孔留矿法嗣后充填开采与上向水平分层充填开采。研究表明:上向水平分层充填开采对应的井筒内壁变形量为浅孔留矿法嗣后充填开采的80%,但两种开采方案引起的井筒变形均未超过安全标准。所提出的上向水平分层充填开采方案与组合型井筒保安矿柱留设法在该矿山得到了成功应用,回收矿量约400万t,可为其他类似矿山的井筒压覆资源开采提供借鉴。     

近距离井筒保安矿柱优化研究

保安矿柱是采掘区域和井筒之间的重要隔离屏障,是确保井筒安全稳定运行的关键。单个井筒保安矿柱的留设方法较为简单,当数个井筒集中在某一小范围区域时,近距离多井筒保安矿柱的留设则较为复杂,需同时考虑数个井筒的保护问题。结合苍山铁矿的现场实际,针对其主井、主溜井和盲竖井保安矿柱的留设问题,设计了不同保安矿柱半径尺寸的多个方案,采用三维数值模拟对保安矿柱进行优化研究,最终确定保安矿柱的最佳尺寸为40m。     

程潮铁矿保安矿柱控制开采相似模拟实验研究

为了研究程潮铁矿选矿车间下面保安矿柱的安全回采,采用相似材料模拟实验研究手段,模拟该矿柱的两种开采方案:房柱采矿法和无底柱分段崩落采矿法相结合的开采方案;无底柱分段崩落采矿法开采方案。根据矿柱模拟开采过程中岩层破坏和地表变形,分析了应力变化规律和地表位移规律。结果表明,采用房柱采矿法和无底柱分段崩落采矿法相结合的开采方案开采保安矿柱,可以保证选矿车间在搬移期间内不受影响。该研究为该保安矿柱的安全开采提供了理论依据。     

用“安全深度”对竖井矿柱的圈定与开采

红透山铜矿用安全深度理论重新划定竖井保安矿柱，使原用传统力圈定的主井保安矿柱内的数百万吨积压矿量变为可采矿量。     

胶结充填采矿法矿柱回采可行性论证

老厂分矿14#-5矿体采用上向水平分层胶结充填采矿法开采,取得了较好的经济效果。但对Ⅱ步骤矿柱能否用原设计方法安全地回采,至今未进行全面分析研究。根据开采现状,用近年来在矿柱回采研究中获得的成果对矿柱进行稳定性分析,并结合国内外充填法在矿山的成功经验,对矿柱的实际揭露情况和矿房胶结充填体强度等进行综合分析,得出:Ⅱ步骤矿柱可用原设计方法安全地回采,并提出了Ⅱ步骤矿柱合理的开采顺序。     

夜长坪矿区矿柱宽度优化模拟计算

卢氏县地灵矿业开发有限公司目前采用的采矿方法存在生产能力低、作业人员安全没保证、浪费矿产资源等缺点。进行的河南省卢氏县夜长坪钼矿自然崩落法开采优化研究,采用三维弹塑性有限单元法,运用岩土工程专用三维应力分析软件（3D-σ）对夜长坪钼矿自然崩落法的矿柱宽度尺寸优化模拟计算。     

条带法采煤减轻地表沉陷的数值模拟研究

煤矿开采引起的地表沉陷会影响下沉盆地范围内的房屋建筑及其它构筑物,甚至破坏。条带法采煤留下的条带煤柱能够承受住上覆岩层的载荷,达到顶板稳定及地表稳定的目的。本文选择典型地质条件,对条带式和长壁式采煤方法的数值模拟结果进行比较分析。结果表明条带法的顶板下沉远小于垮落法,保证了地表变形的微小与均匀。条带法采煤对地表的破坏较小,可有效控制地面沉陷现象的发生。     

基于条带置换开采方法的煤柱留设与充填技术研究

为了提高资源采出率,缓解煤柱常见的高应力集中现象,降低冲击地压灾害发生概率,并实现矸石不上井直接处理和地面矸石的零排放,以阳城煤矿-650 m水平大巷保护煤柱条带置换开采方法煤柱留设与充填为背景,运用理论分析方法分别对回风巷右侧保护煤柱、1307巷道保护煤柱、充填巷两帮煤柱宽度进行计算;采用FLAC^3D数值软件对不同类型煤柱宽度的多种设计方案进行应力及变形情况模拟,并以4号充填巷为例,对充填后的应力分布、塑性区范围、位移等进行数值模拟与分析。结果表明:回风巷保护煤柱和1307巷道的保护煤柱均为15 m;按照矸石充填巷4.5 m计算,储矸空间两侧煤柱的宽度至少14.8~15.8 m时才能保证有一个稳定的柱核区的存在;与4号巷开挖未充填时相比,充填后的水平应力与垂直应力影响范围减少5 m,峰值应力影响范围减少3~4 m。     

房柱式开采减沉效果的三维数值模拟研究

本文以兖矿集团南屯煤矿房柱式开采的地质采矿条件为基础 ,应用三维半解析数值方法对同一块段房柱式和条带式开采不同工艺参数情况的减沉效果进行了数值模拟计算 ,获得了房柱式开采的减沉规律     

条带式充填开采技术在煤柱回收工作中的应用

条带式充填开采技术是一种在保证井下巷道、设备以及地表稳定的前提下进行煤炭资源开采的技术。文中以韩王煤矿二水平大巷煤柱回收工作面为背景,详细介绍了条带式充填开采技术在煤柱回收工作中的应用及关键技术,有利于该技术在相似条件矿井中的推广应用。     

基于突变理论的崩落法转充填法隔离矿柱安全厚度计算

崩落法转充填法开采过程中,合理确定隔离矿柱厚度对保证过渡采场安全回采具有重要意义。通过构建隔离矿柱力学模型,分析隔离矿柱破坏特征,建立了隔离矿柱的系统总势能关系式;基于突变理论,推导出隔离矿柱失稳的尖点突变模型;根据尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,建立了隔离矿柱安全厚度的计算模型。将此计算模型应用于研究鄂东某铁矿无底柱分段崩落法转充填法隔离矿柱厚度,理论计算的隔离矿柱厚度取值范围为15.49～19.36m。在数值模拟验证和工程试验生产中,取隔离矿柱厚度为17.50m时,隔离矿柱处于稳定状态。理论分析和验证结果表明,突变理论可解释隔离矿柱失稳的非线性动力学特征,隔离矿柱安全厚度计算模型可为工程设计提供一定的理论依据和工程指导。     

房柱式开采的通风系统

根据房柱式开采的盘区巷道布置的特点,提出了房柱式开采的5种通风方式,即局部通风机通风系统、独立回风巷道通风系统、2进1回通风系统、2进2回通风系统及联合式通风系统,并对通风方式进行了分析。利用加权相对偏离值最小法确定了房柱式开采的通风系统－联合式通风系统。     

房柱法矿柱回采人工假柱尺寸理论计算及采矿工艺

房柱法是缓倾斜薄矿体开采的主要方法之一,而房柱法矿柱回采是国内外均面临的重大技术难题。以南温河钨矿为工程背景,先采用理论计算人工假柱尺寸,然后就矿柱回采工艺及预期经济效益预算进行了研究。研究表明:1)人工假柱跨度平均为11m,尺寸不小于4.35m,人工假柱养护龄期不得少于20d;2)试验采场内预计回收矿柱矿石量3 895.417t,矿柱直接经济价值为495.37万元,利润311.92万元。通过试验阶段矿柱回采,能够为南温河钨矿今后矿柱回采大范围推广奠定坚实的基础,也为今后类似矿山矿柱回采提供了宝贵的借鉴意义。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面,鄂尔多斯地区综采工作面多采用"两进一回"的巷道布置形式,辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷,两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多,冲击地压灾害问题逐渐显现,双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题,以鄂尔多斯红庆河煤矿3-1101大采高综采工作面为例,对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究,提出了合理的煤柱留设宽度,为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

Estimating the long-term pillar safety for room-and-pillar ore mining

It is shown for the room-and-pillar mining of ore deposits of alternating thickness that service-life of pillars is much dependent on the value of horizontal stresses in the intact massif. A method is proposed and an effective algorithm is developed for determining the rheological parameters of rocks on the basis of the inverse problem solution by the data on covergence of the roof and floor in mines. __________ Translated from Fiziko-Tekhnicheskie Problemy Razrabotki Poleznykh Iskopaemykh, No. 6, pp. 11–21, November–December, 2006.