某铜矿山开采方案数值分析

随着浅部资源的逐步枯竭,某铜矿拟进行深部开采,针对3种回采方案建立模型模拟深部回采,结果表明:各回采方案的巷道开挖后的位移没有达到危险范围,回采进路顶板及两帮塑性区主要呈现拉伸屈服,其应力云图主要以压效应为主;对比3种方案,回采进路规格宜为4m×3.5m。     

高阶段崩落法采场地压规律数值模拟分析

采用三维弹塑性有限元法对高阶段崩落法采矿的凿岩进路开挖、切割槽开挖和崩落回采过程进行了数值模拟研究。结果表明, 凿岩进路开挖后, 由上往下巷道周边的应力和位移量呈递增趋势, 巷道顶板拉应力区的深度为0.8~1.5 m;切割槽开挖后, 凿岩进路周边应力和位移量都有所增加, 影响范围约为15 m;随着崩矿的进行, 凿岩进路周边的应力和位移量缓慢增大, 采场应力环境不断恶化。     

软破岩体底部结构支护技术数值模拟研究

针对软破岩体采场底部结构支护难题,采用FLAC3D数值模拟分析矿山现有3种支护方式优缺点,以此设计联合支护方案,并从位移和应力模拟分析开挖支护过程中出矿横巷及进路的稳定性情况。结果表明,巷道之间的矿柱内基本无塑性区,剪切塑性破坏区和应力集中也显著减少。联合支护方案已在矿山应用并推广,确保巷道工程安全稳定,支护成本在现有支护成本基础上每延米降低了10%～20%。     

深部巷道围岩变形破坏机理数值模拟研究

针对深部复杂地质条件回采巷道围岩与支护结构变形破坏较严重的难题,山东七五生建煤矿3_上煤层深部回采巷道为研究对象,运用FLAC^3D数值模拟软件,建立数值模型,对不同埋深条件下的巷道围岩塑性区及应力分布状态做了数值模拟分析,阐述了深部巷道围岩变形破坏机理。结果表明:随着埋深的增加,巷道围岩垂直应力及水平应力均有显著增加,且容易出现应力集中现象,进而增强巷道围岩塑性区向巷道围岩深部发展的趋势;深部回采巷道开挖后,应对巷道位移加以控制,防止变形破坏。     

动压沿空掘巷煤柱宽度留设数值模拟研究

通过FLAC~(3D)对留设煤柱宽度为4、6、8 m分别进行模拟,对比分析各方案巷道围岩垂直位移、水平位移及塑性区分布。研究表明:煤柱宽度为8 m时巷道围岩垂直位移和水平位移最小,塑性区范围最小。所以选取8 m煤柱宽度为该煤矿7112运输巷的留设煤柱宽度。     

高应力软岩回采巷道支护方案数值模拟

针对清水煤矿软岩回采巷道变形严重这一问题,结合具体的地质条件,在现有支护方案的基础上,设计了2种采用超长锚杆的支护方案。采用FLAC3D数值计算软件,对3种支护方案进行了模拟。通过对回采巷道的塑性区、位移分布和应力分布情况进行了模拟,对比分析确定采用超长锚杆间排距为700 mm的支护方案为最佳方案,可以满足回采巷道的支护要求。     

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。     

充填体下水平矿柱回采方案研究

安庆铜矿在生产过程中为确保高中段回采安全,在-385~-400 m之间留有约15 m厚的水平矿柱。随着开采深度加大,预留矿柱量越来越多,为最大限度地回采矿石,现对水平矿柱进行回采。根据工程实际情况,对水平矿柱的回采方法提出上向中深孔嗣后充填,下向中深孔嗣后充填,上向进路分层充填3种方法,3种方法在回采效率和安全性上进行对比,着重考虑回采过程安全性,建议采用上向进路分层充填法进行回采。同时,针对上向充填法的回采顺序提出中间向两翼,左端向右端,右端向左端,两翼向中间等4个方案,耦合surpac与FLAC3D构建矿区数值模拟分析模型,对该4个方案在-385 m中段进行开挖模拟运算。分析结果得出：两翼向中间回采方案垂直位移量最小、最大拉应力较小、塑性区域最小,为最优回采方案。     

高应力软岩回采巷道支护方案确定计算机数值试验

针对某煤矿软岩回采巷道变形严重这一问题,结合具体的地质条件,在现有支护方案的基础上,设计了两种采用超长锚杆的支护方案。采用FLAC3D数值计算软件,对3种支护方案的回采巷道的塑性区、位移分布和应力分布情况进行了模拟,通过对比分析,确定采用超长锚杆间排距为700 mm的支护方案为最佳方案,可以满足回采巷道的支护要求。     

风化破碎围岩条件下独立矿体开采方案研究

某钨矿山410m中段西南区独立矿体的围岩风化破碎严重,为了安全回采该独立矿体,提出了采准巷道锚注加固的单进路无底柱分段崩落法开采方案,对采准巷道进行了锚注参数设计,锚注设计方案的数值模拟结果表明,锚注支护可有效控制围岩位移量、减小塑性区,研究结果对风化破碎围岩条件下独立矿体开采具有一定的指导价值。通过现场实施,采用单进路无底柱分段崩落法成功回采了此独立矿体,并有效控制了矿石贫化率和损失率。     

和睦山铁矿采矿进路断面尺寸优化与支护设计

采用FLAC3D对采矿进路断面尺寸进行了数值模拟优化研究,揭示了不同断面尺寸条件下采矿进路开挖后围岩变形特征及塑性区分布规律。结果表明,巷道高度的变化对顶板影响较小,宽度的变化对帮部影响较小,巷道断面尺寸的变化均对底板影响较大;采矿进路最优断面尺寸为5.0 m×6.5 m。同时,提出了大断面巷道锚网喷支护技术方案,在现场得到了良好的应用,为矿山安全生产提供了保障。     

缓倾斜破碎矿体回采方案优化与动态调控研究

结合焦家金矿的矿床地质条件与开采工艺,设计了4种回采方案,建立了矿体三维模型,进行模拟计算分析。通过对4种开采方案的变形、应力与塑性区的综合比较发现：在矿体上盘较为破碎的情况下,4种开采方案的顶板变形量相差不多,难以对4种开采方案进行优化评价。从控制矿体顶板应力与降低塑性区体积出发,正三角开采方案较为合适。结合巷道开挖后围岩的应力分布状态,通过运用数理统计的方法,研究分析了采场施工行为对波速的影响。根据超声波速度变异性,建立了基于岩体波速变异性的动态调控方法。从试验数据和采场实际数据分析可知,随着进路的回采,波速频率特性变低,塑性松动区的范围在扩大,围岩稳定性降低,逐渐呈失稳状态。通过在回采过程中引入调控手段,试验采场稳定性良好,从而为回采方案调控提供了一条新途径。     

近距离煤层下煤层回采巷道位置优化

以木瓜煤矿10#煤层10-105工作面回采巷道为背景,建立了下煤层中回采巷道位置优化的数值计算模型,对比不同布置方案下巷道围岩应力、位移及塑性区,确定了下煤层中回采巷道布置的最佳位置。     

地下掘进巷道富水破碎围岩锚杆支护参数优化

针对矿山掘进巷道富水破碎区支护方案不合理,出现冒顶、片帮等问题,以1 660 m水平YM-Ⅱ巷道迎头大理岩破碎区为工程背景,进行巷道支护参数优化研究。为了合理有效地支护巷道和降低支护成本,结合现场实际建立巷道模型,采用正交试验设计的支护方案,利用FLAC^3D数值模拟软件模拟计算,通过模拟结果对比分析巷道围岩的稳定性。结果表明：锚杆长度主要影响巷道围岩变形量,锚杆间排距主要影响是巷道围岩破坏情况;最优支护方案为锚杆直径40 mm、长度1.8 m、间排距0.9 m×0.9 m,可减少巷道围岩位移量70.77%、塑性区体积63.91%、垂直应力12.96%,有效控制巷道围岩稳定性,为矿山安全生产提供保证。研究结果可为富水破碎区围岩巷道支护设计和地压治理提供参考。     

基于模糊物元模型的矿房回采顺序方案优选研究

以某矿山矿体开采为研究对象,提出了波浪型开采、倒V型开采和斜线型开采等3种回采方案。利用FLAC^3D对3种方案进行回采顺序模拟,给出了各方案回采顺序对采场应力、位移以及塑性区的影响趋势。在此基础上选取最大主应力、最大拉应力、顶板沉降位移、底板鼓起、边帮水平位移和塑性区体积共6个评价指标构建了模糊物元评价模型,采用变异系数法确定各指标值的权重,最终确定3种方案的关联度分别为0.9190,0.9774,0.9251,按照最大关联度原则确定了倒V型开采方案为最优方案。该研究思路可为类似矿山提供参考。     

巷道掘进围岩纵向变形分析与支护技术

为了研究开挖面空间效应对巷道掘进时的影响,利用Hoek拟合的位移释放系数方程来描述空间效应下的巷道围岩纵向变形规律,建立巷道径向位移与力学模型中虚拟支护力关系的数学模型,导出开挖面空间效应下虚拟支护力与距开挖面距离的关系式。基于Mohr-Coulomb强度准则,推导出巷道开挖时围岩应力、塑性区半径与开挖距离的数学表达式。根据巷道围岩纵向位移以及塑性区半径的变化规律,能够更好地对巷道进行支护设计。结果表明:以巷道开挖面为例,建立的模型计算与FLAC~(3D)模拟分析进行对比,在开挖面处围岩位移释放约为31%,利用开挖面的空间效应及时地对巷道进行支护,能够有效控制巷道前期变形,减缓巷道围岩塑性区的发展。     

基于二维FDEM的金属矿破碎矿体进路法开挖方式与参数优化研究

采用有限元-离散元耦合方法（FDEM）,建立进路尺寸为4.5m×4m的两个模型,对比分析机械开挖和爆破开挖两种条件下,岩体的变形破坏过程与稳定性,以此确定破碎矿体合理的开挖方式。受水平应力与垂直应力影响,进路跨度与高度方向影响不同。分别建立4m×4m、4m×5m、5m×5m、6m×5m、5m×6m进路尺寸的分析模型,模拟机械开挖进路的围岩变形破坏规律与稳定性。根据关键点位移突变判据与围岩破坏范围突变判据,最终得出的结论如下：机械开挖进路尺寸不大于5m×5m时,围岩较稳定;机械开挖进路尺寸大于5m×5m时,机械开挖后围岩稳定性大大降低;机械开挖进路尺寸为5m×6m时,围岩稳定性最低。研究过程与成果可为破碎矿体进路法开采的矿山提供借鉴,指导矿山进行合理高效的生产。     

基于FLAC~(3D)的大断面岩巷支护数值模拟分析

为解决煤矿大断面岩石巷道变形严重、支护难度大的问题,文章通过FLAC~(3D)数值模拟软件,研究巷道围岩变形特征,对比分析了巷道开挖后无支护和施加支护后的围岩塑性区、应力及位移的分布情况,结果表明:设计的支护方案有效控制了巷道围岩变形,提高了巷道的安全性,支护方案满足了围岩稳定性要求,是合理可行的。     

某铝土矿采场结构参数优化数值模拟

采场结构参数是地下矿山开采中影响开采安全和回采效率的重要因素,合理选择采场的结构参数是矿山亟需解决的技术难题。以某铝土矿采场结构参数优化为研究对象,综合分析了某铝土矿矿体的赋存条件,采用FLAC^3D三维数值模拟软件,构建了直接顶板为土状岩体的铝土矿分条回采模型。为确定较为合理的采场结构参数,分别选取7、9、11 m三种采场跨度开挖方案,分析了不同结构参数下的围岩变形、应力分布和塑性区分布特征。对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化。结果表明,7 m跨度下采场整体处于稳定状态;当跨度增加到9 m,采场顶板出现一定的塑性区;当跨度继续增加到11 m,采场顶板的塑性区范围和位移量进一步增大,采场中间存在沿条带方向出现垮冒的风险。因此,为了保证采场稳定性与安全,建议采场跨度选择9 m。研究结果对类似铝土矿矿山采场结构参数的确定具有借鉴意义。     

弱黏结复合顶板回采巷道围岩变形与加固技术

针对色连二矿12205工作面回采时辅助运输巷围岩变形破坏严重的问题,从巷道围岩岩性、应力变化、水的弱化作用及原支护结构失稳4个方面分析了巷道围岩失稳的原因,提出了回采巷道加固支护方案,应用FLAC~(3D)数值模拟软件对原支护方案与加固方案进行对比分析。结果表明:工作面回采前加补顶板锚索与增打两帮走向锚索,巷道围岩中垂直应力峰值位置向巷道边缘移动了0.9 m,巷道顶底板与两帮移近量分别降低了274 mm与240 mm,巷道围岩的塑性破坏区范围最小。现场实践表明:工作面回采影响期间,辅助运输巷采用加固支护方案后,顶底板及两帮累计移近量比未加固段平均降低了约50%,该巷道加固支护方案取得预期的效果。