高阶段采场充填体稳定性的数值分析

胶结充填体的稳定性对金属矿山的高效回采极为关键。为此,运用数值模拟的方法,综合考虑采场实际结构,设置合理的物理力学参数,对紫金山金铜矿深部X1号矿体采场进行模拟、稳定性分析。在矿房、矿柱布置18个位移观测点,记录各测点在一步骤矿房开挖、充填,二步骤矿柱开挖、充填整个过程中的变形特性。根据采场应力分布、塑性区分布、位移变化判断采场的稳定性,分析高阶段范围下充填体的稳定作用过程。     

采场二步骤回采充填体稳定性分析研究

阿舍勒铜矿采用大直径深孔嗣后充填法二步骤回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。本文以0 m中段北1 #采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析,建立数值计算模型,基于Phase2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算分析,综合分析得出：矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求,试验采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,说明矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

阿舍勒铜矿二步骤采场回采充填体稳定性分析

阿舍勒铜矿采用大直径深孔阶段空场嗣后充填法回采工艺,矿房充填体作为二步骤采场回采时的围岩,其强度和稳定性关系到二步骤采场回采的安全和经济效益。以0m中段北1#采场为试验采场,采用多种理论计算方法对矿房充填体的稳定性进行了计算和分析。建立数值计算模型,基于Phase 2软件从位移、应力及塑性区进行模拟计算。结果表明,矿房采场的设计充填强度能满足二步骤采场回采强度要求。采场开挖后,其两侧帮充填体整体位移量较小,最大主应力普遍小于充填体的极限抗压强度,塑性区分布范围有限,且拉伸破坏区域未出现大范围相互贯通,矿房充填体稳定性较好,二步骤开采出现充填体大范围垮塌、冒落的可能性小。     

隔离矿柱回采稳定性影响因素的正交试验分析

通过分析隔离矿柱在回采过程中的影响因素,结合工程实际,选取了隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）、侧壁厚度（B）、采场长度（C）、采场宽度（D）、是否采一充一（E）和第二步骤充填是否采用全尾砂胶结充填（F）6个影响因素,每个影响因素取2个水平,选用L₈（2⁷）正交表,确定了8个模拟试验方案。建立了隔离矿柱回采模型,对隔离矿柱开挖之前的应力分布进行反演分析,运用FLAC^3D数值模拟软件对正交试验方案进行开挖模拟运算,分析了各个方案隔离矿柱回采之后的应力分布情况及其位移变化,得出模拟结果。分析结果显示：A、B、C、D、E、F 6个影响因素产生的Y方向位移极差分别为4.8、0.698、1.404、1.305、1.623、0.164 mm,即隔离矿柱矿房侧壁的回采高度（A）对其稳定性影响最为显著,而第二步骤是否采用全尾胶充填（F）影响最小。     

山东某铁矿矿柱回采及稳定性研究

为了避免高品位矿石浪费,对山东某铁矿的保安矿柱 进行了回采方案研究,应用简支梁模型计算矿房顶板应力、 应变规律,同时利用概率积分法建立地表下沉盆地剖面方 程,对地表下沉位移进行计算求解;在理论分析的基础上,利 用 FLAC3D数值模拟软件对预留矿柱内矿房回采充填前后 的采场稳定性进行评价,同时对矿柱回采造成的地表位移与 含水层位移进行分析。研究表明:①理论计算得到矿柱回采 完成后顶板最大竖直位移为11.8 mm,地表沉降最大值为 16.7mm,地表最大倾斜为i=0.03mm/m 远小于Ⅱ级建筑 允许值i=3 mm/m;② 数值模拟结果显示,回采全部矿房 后,矿房顶板下沉最大值为 37.49 mm,地表位移最大值为 10.6mm,含水区最大位移为14.03mm,护顶矿柱最大位移 为17.72mm;③数值模拟矿房全部回采后采场整体应力较 低且均匀分布,无应力集中,且无塑性区分布,采场稳定性良 好;④理论计算与数值模拟结果表明,矿柱内矿房全部回采 对矿房、地表、含水层和护顶柱均无显著影响,嗣后胶结充填 保证了矿柱回采的安全性。     

基于协同理念的地下采场稳定性分析及结构参数优化

针对某大型露天-地下联合开采铜矿山的开采现状,将协同理论引入地下采场的稳定性分析,主要考虑了地下采场中矿房、矿柱以及充填体假柱在结构尺寸上的协同作用,对原有采场结构参数进行了改进。为保证改进后地下采场在巷道掘进及矿房回采过程中的稳定,对3个充填方案下掘进巷道和回采采场的稳定性进行了数值模拟。结果表明：对于不同的充填方案,在待开挖矿体中掘进较大尺寸的巷道,其巷道基本稳定;回采过程中,其采场的稳定性与充填体刚度相关,充填体的刚度高低结合,采场应变、位移较理想。底部块石胶结、上部尾砂胶结充填是地下采场的首选方案;采用的大采矿横巷9 m扩底采场结构方案,回采过程中,采场顶板的稳定性提高了,同时出矿巷道的变形较小、保持稳定,该改进采场结构参数具有明显的优势。     

张家洼铁矿崩落转充填采矿工艺及结构参数研究

随着绿色矿山理念的发展,崩落法矿山逐渐向充填法转型,隔离矿柱厚度和矿房参数对崩落转充填 后采场整体稳定性具有重要影响。针对张家洼铁矿无底柱分段崩落法转充填法问题,通过理论计算对隔离矿柱位 移进行求解获得保证下部充填采场稳定的隔离矿柱安全厚度。同时,利用 FLAC3D软件对不同矿房跨度和充填工 艺回采过程中的采场稳定性进行分析评价,确定最优采矿工艺和结构参数。研究表明：①12.5 m 厚隔离矿柱能够 满足过渡阶段采场稳定性;②15 m 矿房跨度顶板拉应力集中较大,且顶板位移显著增大,为了确保回采安全,优先 采用 10 m 矿房跨度,在顶板条件好的区域可以考虑采用 12 m 跨度;③采用 3 MPa、4 MPa 和 5 MPa 强度的人工假顶 均可保证下中段开采过程中采场稳定,因此可将 3 MPa 作为人工假顶的充填体强度标准;④阶段矿房内人工假顶 上部采用 1 MPa 充填体整体充填满足二步采充填体单侧揭露稳定要求,可降低原设计多次不同强度分层充填带来 的施工组织难度。     

充填体与岩体强度合理匹配下的采场结构参数优化

选取合理的充填配比和采场结构参数是采用阶段空场嗣后充填采矿法矿山实现安全回采和提高生产效率的有效措施。根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近的原则,确定了符合中关铁矿的最佳充填配比为1∶6。在此充填配比下,针对中关铁矿的开采技术条件,对影响采场稳定性的矿房长度、矿房跨度和顶板厚度这3个因素进行了3因素3水平的正交试验设计,得到9种试验方案。运用FLAC3D对9种不同方案的采场结构参数进行模拟计算,分析对比了各方案矿房回采充填后采场顶板和充填体矿柱的应力及位移分布情况,研究了各因素对采场稳定性的影响顺序,进而对采场结构参数进行了优选。计算结果表明：矿房长度和矿房跨度是影响采场稳定性的重要因素,最优的结构参数为矿房长度50 m、矿房跨度18 m、顶板厚度8 m,该结构参数下能够保证采场的稳定性且能有效提高矿山生产能力。     

基于FLAC3D的上向水平分层充填法采场稳定性分析

小东沟金矿厚大矿体采用上向水平分层充填采矿法开采,合理的采场结构参数直接关系到采场稳定性和矿体开采效率。设计3种采场结构参数,建立FLAC3D数值模型进行计算。模拟结果表明,矿房开采过程中各方案最大主应力、垂直方向位移和塑性区体积均较小,开采矿柱时应力、位移和塑性区体积值均急剧增加。矿房跨度过大易导致矿柱开采过程中采场稳定性降低,增加安全隐患。最优采场结构参数为矿房宽6m,矿柱宽5m。模拟结果为小东沟金矿采场结构参数的确定提供了理论支撑。     

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。     

充填法两步回采采场结构参数优化

后观音山铁矿露天转地下交接工作已基本完成, 为了选取合理的采场结构参数, 根据矿岩与充填体力学参数, 运用ANSYS有限元分析软件, 对充填法两步回采的采场结构参数进行了优化。利用ANSYS模拟不同采场的结构参数、采场顶板厚度及多采场回采模式下的采场应力状态和变形情况, 综合分析模拟结果, 最终确定最优方案。模拟结果表明: 采场结构参数为20 m矿柱、30 m矿房的模型为最佳方案。该结果在矿山应用中取得了很好的效果, 确保了地下矿产资源回采的安全性和高效性。     

深埋厚大矿体采场结构参数优化

合理的采场结构参数可使采场处于有利的力学状态,使围岩的应力、应变分布趋于均匀化,在保证开采系统稳定和生产安全的前提下,减少支护工作量,提高采矿强度和生产效率。在深入分析思山岭铁矿地质概况与采矿方法的基础上,对影响矿房回采稳定性的矿房高度、矿房宽度、采场长度、矿柱宽度、矿柱充填方式等5个关键因素进行2水平正交设计,获得8种试验方案。运用大型岩土软件FLAC3D对盘区内不同方案的采场结构参数进行数值模拟研究,分析其在不同结构参数下应力、位移、塑性区等特征,初步得出采场处于最有利力学状态时的结构参数方案(采场高60 m、采场长60 m,矿房宽18 m、矿柱宽20 m的参数方案)。计算结果表明:回采过程中,采场长度对顶板应力和顶板位移的影响最大,采场越长,应力值越大,且压应力主要在盘区间柱集中,顶底板处出现拉应力集中。分析结果可为盘区矿房矿柱的安全高效回采提供技术支持。     

采场结构参数及充填配比优化的FLAC3D数值模拟

为了保证矿山安全高效开采,通过分析影响采场稳定性关键因素及破坏机理,应用数值模拟法对二步矿柱在不同结构参数和两侧不同充填配比开采条件的稳定性进行分析,优选出安全高效的一步采场充填配比和二步采场的结构参数。采用FLAC3D数值模拟,计算和分析在开采过程中,不同结构参数和两侧不同充填配比的采场顶板的应力、应力分布区域面积及位移变化特征,得出各不同方案的采场顶板稳定情况。结果表明:采场受两侧充填体配比的影响较为明显,一步采场灰砂比由1∶6改变到1∶8时,对二步采场的稳定性影响较小;灰砂比小于1∶8和采场宽度大于18 m时,采场顶板的拉应力和位移的变化率逐渐变大,采场的稳定性迅速降低。因此,综合矿山生产安全、高效及成本考虑,建议一步采场充填配比为1∶8、二步采场的宽度为18 m。     

复杂地形下缓倾斜磷矿床条带充填分区协同开采技术

如何实现复杂地形下缓倾斜矿体安全高效开采是目前亟待解决的关键问题。以宜昌某磷矿为工程背景,根据地应力不均匀分布特征构建分区采场结构,基于"协同开采"理念,提出了与其相适应的条带充填分区协同开采技术,实现了同一盘区回采与充填协同作业。运用物理相似模拟试验方法,研究了分区协同回采过程中顶板及围岩矿柱的受力变形特征及其变化规律,探讨了分区充填过程中采场矿柱的承载机制。结果表明:采区之间相互干扰程度较弱,围岩应力转移程度受埋深和开采步骤的影响较大;随着开采与充填的协同进行,不同采区条带上方顶板受拉与受压交错性分布;分区协同回采过程中,围岩及充填体矿柱并未发生明显破坏,其中一步骤充填体和围岩矿柱是采场内的主要承载体,二步骤充填体的承载作用相对较弱;盘区矿柱之间及隔离间柱发生了非对称性变形。为了进一步降低充填成本,在原有协同充填模式的基础上适当降低二步骤充填体的力学强度,并通过数值模拟方法验证了优化后采场充填模式的可行性。条带充填分区协同开采技术有助于实现复杂地形下缓倾斜矿床安全、高效、经济开采。     

全面法采场矿柱稳定性及影响因素敏感性分析

全面采矿法在采场中留下规则(方形、矩形或圆形)或不规则的矿柱作为永久支撑,不予回采。全面法矿柱的稳定性与采场结构参数密切相关,作为采场结构参数优化研究工作的前奏,有必要对全面法采场矿柱的稳定性及其影响因素的敏感性进行分析。本文利用南方某钨矿为工程背景,详细介绍了矿柱稳定性分析,进行了矿柱稳定性影响因素敏感性正交极差分析,最后对矿柱稳定性进行校核。研究方法及结论可以作为类似矿山设计的参考依据。     

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。     

胶结充填体与矿柱相互作用双轴加载试验研究

矿柱与充填体之间的相互作用是矿柱和充填体优化和安全设计的重要问题。通过双轴加载试验研究了侧向应力和采场充填率等因素对矿柱与充填体相互作用的影响。结果表明：充填体接顶时，充填体能充分发挥自身强度并直接参与顶板支撑，此时矿柱-充填体支承系统可以充分发挥承载力；充填体不接顶时，在一定侧向应力作用下矿柱-充填体支撑力提高主要是两者界面摩擦力的提高，而充填体横向约束效应对于矿柱强度提高效应不明显；较高的充填率意味着在矿柱-充填体界面处产生更大接触面积，在一定侧向应力作用下会在界面产生更大的摩擦力，进而产生更大的系统承载能力。试验结果与新城金矿测试结果的对比证实了该项研究对于新城金矿二步采场的稳定性分析具有一定的指导意义。     

接顶率对充填体稳定性的影响研究

为了研究充填接顶率对充填体稳定性的影响,运用MIDAS有限元软件建立了不同接顶率下胶结充填矿柱稳定性分析模型。在研究影响充填接顶率主要因素的基础上,得到充填次数与充填接顶率的关系方程。采用MIDAS软件创建了11个不同接顶率的矿岩及充填体模型,通过分析不同充填接顶率时胶结充填体的受力状况,对胶结充填体安全稳定性进行综合评价,从而得到较合理的充填接顶率。将该研究成果运用于某多金属矿山,当一步采场充填接顶率为72.6%时,充填次数少、充填成本低且能保证采矿作业的安全性。该研究为其他类似矿山科学合理地提高充填接顶率提供了一种全新的指导方向。