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。     

盘区隔离矿柱回采顺序数值优化

为充分回收矿产资源、提高资源利用率,有效回收暂留盘区隔离矿柱是某大型铜矿必须考虑的一个重要问题。在保障首采区矿房、矿柱采场安全高效开采的同时,为了安全高效回收暂留的盘区隔离矿柱,需要确定合理的盘区隔离矿柱回采顺序。基于地下矿山卸压开采思想,结合矿山实践经验,确定了盘区隔离矿柱回采应该遵循的原则,提出了3种备选回采方案。采用数值模拟方法分析了盘区隔离矿柱不同开挖顺序下采场围岩的力学响应特性,优化了盘区隔离矿柱的回采顺序,为盘区隔离矿柱安全高效开采提供了技术支撑。     

基于FLAC~(3D)的充填采场结构参数优化研究

以新城金矿V~#矿体-580中段采场为研究对象,利用FLAC~(3D)软件进行采场稳定性模拟研究,计算分析6种不同采场结构参数引起的采场顶板应力、位移变化特征,得出最佳采场结构参数。结果表明:在二步矿柱开挖过程中,二步矿柱周围的介质向空区位移变形,采空区中间产生较大变形,顶板垂直位移随着二步矿柱的开采逐渐增大,但最终趋于稳定。在6种方案回采过程中,方案2和方案5与其他方案相比,顶板位移、应力相对较小。基于矿山高效回采及成本考虑,建议采用分层高度5m,采场宽度8m,矿房超前一步矿柱6分层的采场方案。     

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。     

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。     

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。     

盘区隔离矿柱采场结构参数数值优化

为充分回收矿产资源,提高资源利用率,有效回收暂留盘区隔离矿柱是某大型铜矿必须考虑的一个重要问题.在保障首采区矿房、矿柱采场安全高效开采的同时,为了安全高效回收暂留盘区隔离矿柱,需要确定合理的盘区隔离矿柱采场结构参数.在综合分析该矿山矿床地质概况、矿山压力及开采现状的基础上,提出了3种采场结构初步方案,采用数值模拟方法对盘区隔离矿柱采场结构方案进行了优选,得到了采场处于最有利力学状态时的结构参数以及结构参数变化时采场的力学响应特征,分析结果可为盘区隔离矿柱安全高效开采提供技术支持.     

高阶段采场充填体数值稳定性分析

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,设置合理的物理及力学参数,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。     

猫场铝土矿采场回采顺序优化研究

在矿山开采过程中,不合理的回采顺序容易导致围岩变形、位移和破坏。为有效预防该类地质灾害发生,本文采用数值模拟仿真软件对猫场铝矿条带开采嗣后充填法采场回采顺序进行优化研究。通过分析采场整体和顶底板位移大小、顶板与矿柱应力分布以及整体塑性区体积大小,研究表明：方案Ⅰ(由南至北)的回采顺序最佳,该方案下采场整体位移5.396 m、顶板位移为5.853 m、地表位移为2.854 m;顶板最小主应力为0.421 MPa,矿柱最大主应力为25.4 MPa;剪切破坏体积为0.628 m3,拉伸破坏体积0.248 m3。其中,位移与应力数值相较其他两种方案差值较小,但拉伸破坏体积差值较大,且该方案下位移、应力、塑性区体积均小于其他两种方案。因此,采用从南至北开采的回采顺序更有利于采场的稳定。     

佛子矿104号矿体复杂多层采空区处理技术研究

佛子矿104号矿体经过多年浅孔留矿法开采,在矿体上部遗留了大量的采空区及矿柱;由于前期的无序处理,形成了复杂的空区赋存现状,对下部矿体的安全开采带来了严重威胁。为了科学地制定空区处理措施并回收矿柱,通过数值计算结合理论公式法对104矿柱稳定性进行对比分析,确定了各空区残留矿柱的安全系数;结合矿山现有技术条件,在综合考虑采空区安全处理及矿柱有效回采的基础上,提出了崩落充填相结合的处理方案;采用FLAC3D软件对拟定方案进行了数值模拟分析。计算结果表明：崩落充填相结合的处理方案通过强制崩落法与充填法相结合,使上部应力集中区围岩得到充分移动垮落,下部空区得到充实,达到崩柱放顶卸压、控制岩移的目的,能有效地消除空区隐患并回收矿柱,为矿山安全、经济、合理地处理采空区提供了指导。     

李官集铁矿采场动态地压监测及数值分析

针对李官集铁矿点柱式分层充填法的特点,按照矿山实际的开采和充填步骤,对采场中的间柱、点柱、充填体和上下盘围岩的应力变化进行动态监测和分析,并考虑矿体中优势结构面的影响,运用3DEC构建含有优势结构面的岩体模型,结合地压的实际监测变化量和数值模拟得到的地压值匹配,分析了点柱式分层充填法开采过程李官集铁矿的地压变化规律。结果显示：①开采初期,矿柱和围岩共同支撑上部载荷,随着开挖高度的增加,应力由点柱逐渐向围岩转移,上部载荷主要由围岩体支撑;②应力在上下盘岩体之间随开采向上交替变化：开挖层应力增加,回填层应力局部恢复,扰动层应力释放。在同一点柱间地压呈现分层转移规律,并随开挖进行循环往复。     

深井沿空巷道合理位置确定及围岩控制技术

针对深井高地应力矿井煤柱应力大、巷道围岩变形严重及煤柱宽度大造成资源浪费等特点,以麦地掌煤业21214工作面为研究背景,通过地应力测试、钻孔应力测试了解工作面侧向应力峰值位置及大小。通过现场实测及分析得侧向应力峰值约为43MPa,且位于距巷帮约17m处。并运用理论计算、数值模拟,研究沿空掘巷围岩在掘采期间的变形破坏特征、合理窄煤柱尺寸的确定及沿空巷道的围岩控制。结果表明：煤柱宽度为6.5m时巷道围岩稳定性较好,掘进初期,围岩变形量及变形速率较大,后逐渐减小,掘进影响期为15天,回采期间由于小煤柱侧的支护强度大于工作面侧,小煤柱侧的变形量小于工作面侧的变形量,最大变形量分别为110mm和248mm,均在可控的范围内。     

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。     

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。     

三鑫金铜矿复杂充填体下留设护壁回采优化研究

目前,湖北三鑫有限公司充填体下间柱回采多采用上向分层充填法,回采中常留设一定厚度护壁减小对两侧充填体影响。为探究矿山预留间柱安全经济回采方案,现针对该公司-370 m中段间柱进行残矿回采研究,提出留设0、0.5、1.0、1.5 m护壁矿体4种回采方案;借助有限差分软件,对该4个方案在-370 m中段进行间柱回采模拟运算,研究了不同方案下采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律;综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益,对比选取出最优的回采方案。结果表明:在间柱回采过程中,矿房两侧预留1 m护壁矿体时,矿房顶板沉降、底板隆起最小且矿房较稳定,同时矿石损失量最小,为最优回采方案,为该矿山残矿回采起到了一定的指导作用。     

海下点柱式开采的有限元动态模拟分析

三山岛金矿是我国第一个进行海底采矿的硬岩矿山,矿山采用点柱式机械化上向水平分层充填法开采。通过ANSYS有限元数值模拟方法,定量地计算和分析矿体开采过程中采场充填后不同开采步骤下采场顶底板和点柱的应力、位移和塑性区的分布状况,模拟出它们随每步开采应力和应变的动态变化过程及其规律。将分析结果应用于工程实际,为三山岛金矿新立矿区海底安全高效开采矿石资源提供了技术保障。     

大规模充填体下保安矿柱规划及矿体回采顺序研究

针对某金属矿长期处于大规模充填体下开采的现状,对-300 m各盘区回采期间的稳定性进行了数值模拟,分析不同方案的采场开采过程中顶板应力、位移等指标的变化规律,并综合分析比较了各方案的回采安全性与经济效益。分析结果表明：将E101采场作为永久性连续盘区时,回采至中期采场顶板处产生1.14 MPa的最大拉应力和75 mm的最大位移;开采后期采场顶板处产生2.30 MPa的最大拉应力和92 mm的最大位移;开采后期采场顶板的抗拉安全系数为1.53;整个顶板岩体稳定性较好,确定将E101作为盘区永久矿柱。根据盘区永久矿柱的位置,提出了4种盘区回采顺序,分析比较不同开采方案的顶板、直接顶板、矿壁及充填体稳定性,确定了从矿体中央连续永久盘区矿柱E101采场向两侧分盘区开采的回采顺序。     

Zur Frage der Belastung und Stabilität von Bergfesten im Hartgesteinsbergbau am Beispiel des „Post-Pillar“-Abbauverfahrens

In “post-pillar” mining a regular system of rooms and pillars is developed in the lowest horizon of the mineral deposit. In ascending slices the deposit is mined using backfill to support the pillars and to serve as a working platform. The system is exceptionally flexible, making it possible to follow the irregularities of the mineral deposit and to achieve high extraction rates. Because of this flexibility in horizontal and vertical directions mining dimensions change regularly. This, however, has numerous effects on pillar loading and pillar stability. Two loading cases have to be distinguished, namely displacement and load controlled systems. In the first case the lateral extent of the extraction area and the height of extraction are critical parameters as they determine the convergence in the stoping area and the stiffness of pillar. In the second case the height of loosening zone above the extraction area which can develop in the advanced stages of stoping is critical. Stiffness of the mining system reduces with lateral extent of extraction area but increases with height of extraction area because of changed overall geometry of stoping area. In contrast pillar stiffness decreases with mining height. The combined effects of these changes are that pillar load increases with lateral extent of extraction area but decreases with total extraction height. Height of zone of loosened rock above extraction area increases with width and height of extraction area. With proper rock mechanics planning and careful consideration of complex interaction of parameters the “post-pillar” mining method can be a save and economic method for extraction of irregularly shaped mineral bodies. There are still a number of open questions concerning the influence of backfill on behaviour of slender support pillars.