深部崩落法开采地表沉降特征数值模拟研究

随着矿山开采深度的增加,岩体所处的力学条件变得复杂,深部崩落法开采引起的地表沉陷规律不同于浅部。基于有限差分法和岩石力学理论,研究了崩落法开采过程中,上覆岩层的移动变形规律与应力场分布特征,研究结果可为深部矿体开采岩层移动角及地表沉陷范围的确定提供一定的借鉴。     

崩落法深部开采岩移及地表塌陷规律分析研究

大红山铁矿为国内规模最大的地下开采矿山之一,其主采区无底柱分段崩落法结构参数为国内领先,大规模深部开采导致各采区之间应力较为复杂。针对大红山铁矿硐室爆破冒落上覆岩层后,崩落法深部开采引发的岩层移动及地表塌陷规律展开研究,总结地表塌陷区沉降及其裂缝的发展过程,系统分析了深部开采对地表沉降及开裂的影响,得出了岩移导致的陷落角。通过地表沉降及相关井下地压监测数据分析,得到了硐室爆破后,塌陷区地表及井下岩层趋于稳定的结论,表明崩落法上覆岩层冒落对于缓解深部开采高应力、保证足够覆盖岩层厚度、控制岩层移动具有重要作用。     

深凹高边坡急倾斜挂帮矿开采数值模拟分析

采用FLAC~(3D)数值模拟分析白云鄂博东矿挂帮矿开采对边坡岩体破坏、应力分布及位移特征的影响。结果表明:当首采位置L18m时,采空区前缘围岩塑性宽度不受其影响;挂帮矿的开采使边坡岩体应力向空区两侧移动而形成应力集中,采空区上部台阶岩体拉应力区呈"上向延伸"状态;挂帮矿的开采引起最大水平位移点上升至空区顶板水平,在一定条件下,边坡水平位移区形成"扩展"和"收缩"两种运动方式。当L18m时,边坡水平位移区不受首采位置的影响。     

金属矿山崩落法开采顶板围岩崩落机理与塌陷规律

以湖北程潮铁矿西区开采为工程背景,首先结合2个钻孔实时监测的顶板围岩崩落曲线、矿体赋存条件、地层结构和钻孔岩芯资料,揭示顶板围岩崩落过程的基本特点和机理。其次建立了103个沉降点和55个水平位移点的地表塌陷监测系统,通过对15个月观测资料,特别是对沉降量、沉降速率和水平位移量与时间曲线的关系,以及沉降漏斗发展过程剖面图分析,总结出西区地表变形的量值特征和一般规律。初步揭示了金属矿山无底柱分段崩落法开采过程中,顶板围岩崩落机理和地表沉陷的基本规律。     

某铁矿挂帮矿开采对地表拦洪坝的影响

由于挂帮矿位于某铁矿东区拦洪坝水库附近,地表不允许塌陷,需要保证地表拦洪坝的安全,因此采用嗣后充填采矿方法对其进行开采。通过有限差分法对其进行数值模拟,在挂帮矿一号矿体、二号矿体、三号矿体不同开采情况下,分析地表的变形以及拦洪坝附近监测点的沉降情况。模拟结果表明,在开采拦洪坝下方的挂帮矿三号矿体时,地表变形范围增大,拦洪坝附近监测点沉降值急剧增加,可能会使裂隙进一步扩大,甚至威胁到拦洪坝的安全,诱发泥石流等地质灾害,建议拦洪坝附近禁止一切开采活动,挂帮矿二号矿体开采应严格按照开采设计要求进行。     

无底柱分段崩落法在露天挂帮回采中的应用

介绍了无底柱分段崩落法在仓上金矿露天坑东端帮挂帮矿的回采中取得的良好效果,回收了大部分露天无法开采的矿体,为企业增加了经济效益和社会效益.     

挂帮矿分段空场嗣后充填法开采及其数值模拟研究

银山矿业有露天和地下开采,主要以九区的铜矿石露天开采为主,其生产能力已由原来的5000 t/d提升至6500 t/d,加速了露天下降速度,减小了将来露天和深部地下同时开采13000 t/d的稳产时间。为此,提出了垂直走向的分段空场嗣后充填法开采挂帮矿的方案,并采用Flac 3D软件对一步骤和二步骤分别为15 m、15 m,12 m、18 m,10 m、20 m 3种不同采场结构参数进行数值模拟优选。结合开采经济性,推荐可采用的结构参数为:一步骤矿柱宽为12 m,二步骤矿房宽为18 m,采高宽为60 m。根据研究结果,既可在安全的前提下开采挂帮矿,缓解露天开采下降过快的问题,又可为将来深部地下大规模开采提供借鉴。     

某露天矿挂帮矿资源开采方案

经过半个多世纪开采,某大型露天矿山境界内资源迅速衰减,采场面临闭坑停产压力。根据地质资料,该采场境界外尚赋存着丰富的挂帮矿资源。为了能够使这部分资源得到合理利用,结合矿体赋存条件、已经形成的生产系统等实际情况,从技术、安全和经济方面对挂帮矿体资源开采方法进行了选择分析。     

不同工况下挂帮矿回采诱发边坡失稳的数值模拟研究

为探究无底柱分段崩落法开采挂帮矿对露天边坡稳定性的影响,以湖北某铁矿挂帮矿开采为工程背景,分析边坡在不同边坡倾角、矿体倾角和矿体埋藏深度等条件下坡体内第一主应力演变过程和裂纹扩展过程。结果表明:随着边坡倾角、矿体埋藏深度增加,塌落的松散岩体体积逐渐增大;随着矿体倾角增大,塌落的松散岩体体积呈现为先增大后减小的趋势。矿体倾角和矿体埋深一定的条件下,边坡倾角大于40°时的采空区不能完全容纳松散岩体;边坡倾角和矿体埋深一定的条件下,矿体倾角小于30°时的采空区不能完全容纳松散岩体。     

高陡边坡挂帮矿开采方法研究

露天开采结束后,残留在露天境界周围挂帮矿量占开采总储量的5％～16％,为回收矿石,可能得在高陡边坡上对这部分挂帮矿过程进行开采。但在开采过程中如何形成新条件下的生产系统,如何确保在开采挂帮矿期间采矿作业安全和边坡稳定是亟等解决的问题。针对大冶铁矿2#挂帮矿开采实际,介绍了它的开采方法,并提出了在开采过程中应注意的安全问题,重点讨论了减震控制爆破技术和边坡变形监测。     

挂帮矿开采的相似模拟试验与安全性分析

为解决程潮铁矿挂帮矿开采对地表变形和拦洪坝的影响问题,利用相似材料模拟试验方法建立挂帮矿相似模型,并对其进行充填采矿模拟试验,分析挂帮矿的开采对地表变形和拦洪坝的影响以及覆岩移动变形情况。试验结果表明：挂帮矿V₃号矿体的开采会导致拦洪坝的变形以及拦洪坝与V₃号矿体之间的围岩变形急剧增加,使拦洪坝与V₃号矿体之间的裂隙进一步扩展,危及程潮铁矿主采区的安全,建议V₃号矿体不予开采。最后分析了挂帮矿开采存在的安全隐患并提出有效的安全防治措施,这对矿山进行挂帮矿安全生产具有一定的指导意义。     

挂帮矿开采低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法

残留在露天矿最终边帮上的挂帮矿赋存条件较为特殊,采用传统的地下开采方法开采挂帮矿时,露天矿最终边帮与地下采场的稳定性差、生产效率低。因此,提出低段高无底柱留矿嗣后充填采矿法用于开采位于露天矿最终边帮上的挂帮矿,该方法采用低段高回采,减小围岩的暴露面积;不留底柱,采用中深孔爆破落矿,铲运机出矿,生产效率高;将矿石暂时留在采场,回采后立即充填采空区能有效限制采空区围岩的变形;预留斜顶柱,能够有效提高采空区充填效果。将该方法用于开采大冶铁矿东露天尖ⅠN挂帮矿的开采,实践结果表明：在预留采场与边坡之间的保护矿柱的情况下,该采矿方法能有效保证挂帮矿开采过程中露天矿最终边帮的稳定和采场生产安全,高效地回收残留在露天矿最终边坡上的挂帮矿。     

二步采场上盘围岩稳定性分析及工程应用

三山岛金矿二步采场上盘围岩揭露后出现剥离和掉碴现象,造成矿石的贫化并严重影响采场的安全。采用当量暴露面积法和三维有限元法对不同参数的二步采场上盘围岩的稳定性进行分析,通过计算和分析不同参数的采场上盘围岩的当量暴露面积和揭露后的位移量、应力变化,结合极限允许暴露面积判据、强度理论判据和容许极限位移量判据得出不同参数的采场上盘围岩稳定情况,并通过工业试验提出采场的合理参数和上盘围岩的控制措施。试验表明,采场宽为10 m,高为10 m时,采场上盘围岩揭露后初期稳定性较好, 3 d后局部发生剥离和掉碴现象,不稳定区域主要集中在中部偏上和靠近采场顶板位置,且采用锚索和金属网联合支护方式控制采场上盘围岩效果较好,有效保证了采场的安全并控制了矿石的贫化率。     

程潮铁矿无底柱分段崩落法采场地压活动规律及冒顶机理的分析

通过对程潮铁矿东区无底柱分段崩落法开采地压活动规律的调查,分析了采场进路失稳的影响因素和冒顶机理,对采场进路的受力状况和上盘岩体的渐崩落过程进行了计算,为合理地控制地压提供了科学依据。     

崩落法开采岩层移动影响因素的数值模拟

随着矿山开采深度的增加,岩体所处的力学条件变得复杂,采用崩落法开采的深部矿体岩层移动规律受多种因素影响且不同于浅部。离散元法是基于不连续性假设的数值方法,它特别适合于求解节理岩体中的非连续性问题。基于离散元理论,采用数值计算软件3DEC,分析了不同节理倾角、不同侧压力系数及不同开挖阶段对深部矿体崩落法开采过程中岩层移动规律的影响,研究结果表明：不同倾角的优势结构面对崩落发展趋势影响显著,水平节理对崩落发展有良好促进作用;侧压力系数越大,崩落高度越小;深部矿体开采过程中,由于承压拱的存在,开采高度为120 m时,并未引起大范围塌陷。研究结果可为深部矿体崩落法开采岩层移动规律及地表沉陷范围的确定提供一定的参考依据。     

兰营徐采场挂帮矿回收经济性分析

根据兰营徐采场挂帮矿赋存条件、矿山开采现状、生产成本及精矿市场价格等,采用价格法和储量盈利比较法建立不同的经济性计算模型,计算分析兰营徐采场挂帮矿露天开采和地下开采回收的界限、具有回收价值的矿石品级以及实施露天转地下开采工程具有经济效益的市场价格。结果表明,兰营徐采场挂帮矿在铁精矿340元/t、钛精矿680元/t市场价格下,露天扩帮开采的经济合理剥采比为6.81 t/t;采用露天扩帮方式单独回采Fe3品级矿石,经济合理剥采比应小于3.07 t/t,采用地下开采方式,不论是单独回采还是随较高品位矿石（Fe1+Fe2）附采都不具有经济效益;若实施露天转地下开采,铁精矿、钛精矿市场价格应维持在360元/t和800元/t左右水平。结果为公司下一步实现经济、高效利用挂帮矿资源的决策部署提供支撑。     

崩落法回采时顶板岩层崩落过程监测与分析

用崩落法回采倾斜矿体时顶板围岩的崩落过程是目前没有很好解决的问题。通过地质钻孔,采用电路连通判断法,对程潮铁矿采场顶板的崩落过程进行了监测。监测结果表明,顶板的崩落过程是非常复杂的,受到岩体质量、岩体中的弱面、初始地应力场、空区形状及松散充填体等的影响,而且具有明显的跳跃特征。在组成矿体顶板的各种岩层中,质量高的岩层是控制崩落过程的关键层。关键层较难崩落,但在崩落时具有突发性,会产生较大厚度岩层的突然垮塌。受主关键层的影响,在地表塌陷之前,有相当长一段时间不出现崩落或者崩落速度很慢。而当主关键层崩落后,表地会在较短的时间之内突然塌陷。研究结果表明,复杂岩层顶板的崩落过程及崩落时间的预测必须考虑岩层性质及其空间分布特点,其中,关键层的识别是非常重要的。     

自然崩落法采矿矿岩崩落过程数值模拟研究

由崩落法开采引起的矿岩崩落及其诱发的地表沉陷是一个复杂的空间与时间关系问题。以CEMI的“矿块崩落与地表沉陷模拟”项目为研究背景,利用数值模拟方法研究了深部、大规模自然崩落开采矿岩崩落的基本规律。数值模拟捕捉到了矿岩崩落过程中压力平衡拱的演化,以及裂隙萌生、扩展、贯穿岩桥的过程,研究表明,压力平衡拱的动态演化是矿岩崩落出现间歇和跳跃的内在动因,陷落角、起裂角和地表沉陷模式都受控于矿岩的崩落状态。