基于PFC2D的自然崩落法数值模拟

云南普朗铜矿是一个新建的大型铜矿山,矿山设计采用自然崩落采矿法。自然崩落法底部结构受力规律尚不明确,为了研究矿山开采中底部结构受力变化,采用PFC2D数值分析软件,针对普朗铜矿3720水平首采区地质条件及岩体物理力学参数建立计算模型并简述了岩体微观参数与宏观参数之间的关系。同时模拟分析三种拉底宽度及放矿过程中底部结构应力变化规律。结果表明:三种拉底宽度下,应力重新分布后应力集中在拉底推进线前方50~80m内,应力集中区应加强支护。随着拉底宽度的增大,峰值应力随之增大,在45m拉底宽度下最大应力达到22 MPa。在放矿时,放矿漏斗侧壁及眉线处会产生高动态应力,不利于底部结构的长期服役。研究所得结果可以对矿山支护起到指导作用。     

自然崩落法底部结构稳定性监测研究

为了掌握自然崩落法开采过程中底部结构的稳定性,采用微震监测与应力监测技术对普朗铜矿底部结构进行监测,分析出矿过程中底部结构稳定性变化规律,研究拉底推进、构造应力对底部结构稳定性的影响,评估底部结构发生失稳的风险程度。结果表明:断层构造是影响普朗铜矿底部结构稳定性的主要因素,断层下盘为开采过程中地压风险程度较高的区域;聚矿槽放矿作业不及时、不均衡将导致底部结构局部区域产生应力集中,通过增加放矿量可以调节底部结构应力分布;拉底推进线前方45 m范围内易产生应力集中,是需要强化支护的重点区域。     

普朗铜矿地压综合监测数据分析与研究

普朗铜矿在运用自然崩落法进行拉底推进和出矿作业过程中,在断层构造影响下,面临底部结构围岩破坏变形和地表不均匀沉降等问题。因此,普朗铜矿采用微震、应力和三维激光扫描综合监测系统,对开采过程中矿山地压状况进行监测和分析。结果表明：西沿拉底推进对首采区岩体稳定性影响较大;采区南部底部结构应力变化相对频繁;地表塌陷区东部区域与沟底核心区域沉降速度最快。以上研究结果为矿山调整拉底、出矿和二次支护计划提供了参考依据,起到了良好效果。     

自然崩落法底部结构应力状态研究

以普朗铜矿为研究背景,通过分析拉底工程在自然崩落法中的重要性,应用FLAC3D数值模拟软件,研究拉底过程中,逐渐增大拉底推进线尺寸时,底部结构应力状态的分布情况,得到一个聚矿槽开挖距拉底推进线较有利的距离。并且,在实测地应力的基础上,通过改变水平构造应力值,研究了4种不同应力状态下,底部结构的应力分布情况,分别得出有利于矿石崩落及底部结构稳定的应力状态。该研究成果将对自然崩落法矿山的采矿工艺设计和安全生产具有指导作用。     

自然崩落法拉底过程底部结构稳定性研究

自然崩落法技术要求高,涉及的岩石力学问题也非常复杂,不同拉底方式拉底过程中,底部出矿结构所受应力状态不同,稳定性也不同。以普朗铜矿相关条件为依据,采用数值模拟方法对自然崩落法开采拉底过程中底部结构的应力变化进行研究。分析研究表明:前进式拉底过程中,拉底推进线后方45m左右区域应力逐渐发生释放,最大主应力减小到10MPa左右,底部结构整体稳定性要好于后拉底,出矿水平最小主应力处于岩体抗拉强度范围内,且新增塑性区符合前进式拉底特点。因此,前进式拉底利于维护底部结构的稳定性。     

自然崩落法底部结构失稳因素及支护对策研究

某铜矿使用自然崩落法开采,矿山进入深部开采后,底部结构破坏严重,传统的锚杆支护很难起到作用。针对矿山深部采区底部结构失稳问题,采用Midas-GTS有限元软件对拉底过程中底部结构的应力分布进行研究,并提出了一种底部结构联合支护方案。研究结果表明:在前进式拉底过程中,底部完全拉开后,出矿水平巷道交叉处及桃形矿柱会出现拉应力,且超出了岩体抗拉强度,基于此规律提出底部结构联合支护方案,并由数值计算可知支护后底部结构最大位移降低了38.5%。此支护方案对该铜矿山底部结构维护有一定的指导作用。     

普朗铜矿自然崩落法开采过程综合在线监测技术研究

自然崩落法采矿过程中,顶板冒落规律掌握、底部结构稳定性情况、地表沉降趋势监测及控制等,不仅关系开采过程人员和财产安全问题,更是决定自然崩落法能否成功用于普朗铜矿的关键。采用微震、三维激光扫描、TDR、钻孔电视、应力位移等技术,综合对普朗铜矿顶板冒落规律、底部结构变化情况、地表沉降实时显现进行在线监测,并通过统一平台对数据进行综合联动展示和分析。该综合在线监测技术应用,控制了崩落面和松散矿堆之间的高度,避免上覆矿岩大范围崩落产生空气冲击气浪;优化了拉底推进与底部结构开口之间的空间位置关系;解决了底部结构矿柱二次加强支护时机及措施选取问题;实现了地表稳定均匀沉降。综合在线监测技术在普朗铜矿得到很好应用。     

基于FLAC3D的主层开采对副层底部结构稳定性的影响研究

以自然崩落法开采的铜矿峪铜矿4^#矿体为研究背景,通过对主副层三维建模,并利用FLAC^3D软件对554 m主层开采扰动下614 m副层底部结构稳定性变化进行数值模拟,以对底部结构的应力分布规律和塑性区进行分析。结果表明,由于叠加压力拱效应,主副层交界处以及副层拉底推进线前方底部结构压应力集中程度会随着主层拉底和落矿增大而增大; 因主层开采,副层底部结构拉底空间下方出矿穿脉和桃形矿柱拉应力一定程度减小,使其不易超过岩体抗拉强度; 必须采取措施使压力拱范围内底部结构强度高于拱角应力强度,以避免推进线前方底部结构发生破坏。     

自然崩落法断层作用下巷道开挖稳定性分析

普朗铜矿采用自然崩落法开采,在三条断层带相互交织影响下,其底部结构发生了变形破坏。探孔数据表明断层下开挖巷道围岩已被破坏,破坏位置一般存在于巷道表面2.5 m、8 m;通过数值模拟可知,巷道应力集中发生在断层与巷道交汇处,而该处也是变形破坏主要区域。根据应力集中及巷道破坏特点,对聚矿道采用单层锚网喷支护,出矿进路采用双层锚网喷+长锚索支护,眉线位置增加钢拱架支护;对应的拉底穿脉断层位置进行支护试验,取得一定效果。该支护方式对地压治理效果显著,研究结果可为同类矿山提供参考。     

自然崩落法采区地压活动控制技术研究

某铜矿自然崩落法矿山自生产以来底部结构反复受压,造成巷道破坏,为生产带来极大困扰。矿山针对不同的来压情况及破坏形式进行支护试验,并利用沉降观测、微震监测和应力监测等手段对底部结构围岩、支护结构进行监测。经过现场支护试验研究与现场监测,发现断层带最有效的支护方式是刚柔并济,并从超前支护、控制拉底推进线、控制出矿等方面总结出了采场地压活动控制技术。该方法对底部结构地压活动控制具有指导性意义,可为自然崩落法矿山或地压较大的矿山提供参考。     

自然崩落法放矿量与底部结构应力分布关系研究

普朗铜矿运用自然崩落法进行开采,未放出的矿体作用在底部结构之上,易导致矿柱产生受压破坏,威胁底部结构稳定性。利用地压监测手段及时掌握开采过程中底部结构的应力分布情况,可锁定底部结构应力集中区域,并通过研究放矿量与底部结构应力分布的变化关系,优化和平衡各放矿口的放矿计划,调节底部结构应力分布,从而减少应力集中对底部结构的破坏。     

侧向挤压连续推进振动出矿崩落法的研究

为寻求厚大矿体安全、高效、低耗的采矿方法，易门矿务局联合有关单位在凤山矿开展了“侧向挤压连续推进振动出矿崩落示”的研究工作。进行了包括室内放矿模拟试验研究、爆破漏斗试验研究、凿岩爆破参数研究、新型振动出矿底部结构与拉底扩漏工艺研究、计算机控制放矿管理研究、以及从采场结构参数到回采工艺技术等一整套采矿方法试验研究工作，形成了比较完善的新工艺，填补了我国在该领域研究的空白。     

大孔落矿振动机组出矿连续开采法试验研究

凤凰山铜矿试验成功的大孔径深孔采矿、振动机组出矿运矿连续开采法，具有回采强度高、出矿能力大、成本低、作业安全等优点。试验采场采用的无二次破碎水平底部结构，大大减小了矿房损失贫化率，提高了出矿效率；采用间隔装药孔内同段孔间微差侧向挤压崩矿爆破方案，达到了理想的崩矿效果。     

大规模充填采矿采场稳定性研究与结构参数优化

甲玛铜多金属矿二期地下开采采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,为有效控制地压灾害,实现矿体安全高效开采,采用理论计算、Mathews稳定图和FLAC3D数值模拟多种方法对采场顶板及矿柱的稳定性进行综合研究,在此基础上确定合理的采场结构参数。结果表明,12 m、15 m和18 m的采场宽度均能满足矿柱稳定的要求;当采场宽度为18 m时,最大允许采场长度为77.3 m;当采场长度为60 m时,最大允许采场宽度为22.4 m。综合考虑采场稳定性以及深部高应力环境等因素,甲玛铜多金属矿采场宽度采用15 m较为合适,推荐的采场结构参数为15 m×60 m。     

自然崩落法在厚大破碎矿体中的应用

自然崩落法是云南省某铜钼矿成本最低的一种地下采矿方法。利用岩石质量指标（RQD）以及岩体自重应力场这2个指标对矿体的可崩性进行研究,确定了采用自然崩落法进行矿体的开采;采用浅孔与中深孔相结合的落矿方式进行出矿,另外采用锚喷支护、支设原木支架以及优化拉底结构相结合的方式进行地压控制;提高了矿岩的自稳性,增加了顶板和上盘围岩允许暴露面积,提高了放矿效率,增强了采矿作业的安全性,增强了地压控制、施工及供矿等方面的管理经验。     

铜山矿矿岩可崩性评价及崩落演化规律研究北大核心

为研究铜山矿Ⅱ号矿体自然崩落法的可行性,通过相似工程类比,初步获得了铜山矿矿岩可崩性分级。根据现场工程地质调查数据,基于Laubscher崩落图法建立了铜山矿矿岩可崩性评价模型,获得了三种不同拉底形状条件时的水力半径。利用GPI 3D FDEM构建了铜山矿Ⅱ号矿体自然崩落法三维数值模型,通过研究整个崩落过程中的应力与位移变化,获得了初始崩落面积和持续崩落面积,揭示了拉底速率对矿体崩落效果的影响规律、不同拉底速率拉底过程中底板应力演化规律以及自然崩落法采矿对研究区域地表沉降的影响规律。结果表明:铜山矿矿岩可崩性属中等;初始和持续崩落水力半径分别为15.5、27.5 m;拉底形状为圆形时所需拉底面积最小;发生初始、持续崩落所需拉底面积随长宽比增大而增大;断层破碎带能够促进损伤破裂向其汇集,也对损伤破裂的扩展具有阻隔作用。     

自然崩落法矿岩质量三维数字化评价方法

针对传统以岩体构造调查或岩石力学试验处的局部RMR 值来近似表征整个区域矿岩质量存在的片面性、经验性等缺点, 提出了一种矿岩质量三维数字化评价方法。该方法以钻孔和岩体原位调查数据为基础, 选取岩石单轴抗压强度、岩石质量指标、节理间距、节理条件和地下水条件作为矿岩质量评价指标, 研究各指标的空间变异特性, 基于区域化变量最优估值理论及RMR评价体系, 将各指标插值到离散后的矿岩空间, 建立起评价区域矿岩质量的三维数字化模型。最后以该模型为基础, 应用Laubscher崩落图对矿区初始和持续崩落水力半径进行预测。该方法在普朗铜矿的应用实践表明: 普朗铜矿平均RMR值为42.27, 矿岩可崩性为较好~好, 持续崩落水力半径为21.6~22.6 m, 与生产实际相符, 为普朗铜矿采用自然崩落法进行大规模开采提供了支撑和依据。     

千家坪钒矿采矿方法优化研究

为解决千家坪钒矿在不稳固矿岩条件下高效开采的问题,结合矿体开采技术条件及矿山生产现状,综合考虑顶底柱厚度、间柱宽度、阶段高度及矿块长度等因素,利用FLAC3D数值模拟和层次分析得出适用于该矿的采场结构参数。结果表明:当间柱宽10m、顶底柱厚6m、阶段高50m以及矿块长50m时,采场稳定性最好。     

冷水沟倾斜极薄铜矿脉采矿方法

冷水沟倾斜极薄铜矿体开采时,遇到了放矿难、作业空间不足、贫化率高等难题。以此为出发点,通过研究矿山开采技术条件,提出留矿全面法、伪倾斜削壁充填法两种采矿方法进行回采。经过试采发现,二者都可用于回采冷水沟倾斜极薄铜矿体,但留矿全面法在作业空间、降低贫化率、采矿安全性等方面劣于伪倾斜削壁充填采矿法。最后综合考虑二者试采后的各项经济指标,证明伪倾斜削壁充填采矿法更适合冷水沟倾斜极薄铜矿体的开采。