分段矿房法不同分段高度稳定性的FLAC3D数值模拟分析研究

以云南某铁矿分段矿房法为研究对象,结合矿体赋存条件,通过现场工程地质调查和室内岩石力学实验,利用CAD、数值模拟软件ANSYS、FLAC3D对分段矿房法的不同分段高度进行研究,分段按照每步10m高度进行开挖,对不同分段高度下采场应力、位移、塑性区三个参数的变化进行分析。研究结果表明：当分段高度达到40m时,开挖过程中采场顶板发生了拉伸破坏区域,间柱部分有贯通的剪切破坏塑性区出现,30m分段时采场处于稳定状态,不同分段高度下采场开挖形成的最小主应力均未超出岩体的抗拉强度,采场顶底板和上下盘的竖向横向位移量均处在采场安全位移的范围内,综合分析选取最佳分段高度为30m。研究结果可对矿山的安全生产提供指导性建议,为类似矿山提供参考借鉴。     

复杂环境下采场结构参数优化与自适应表征分析

复杂矿体条件下的采矿结构参数是矿山合理安全开采的关键。以卧虎山矿29线附近矿体为研究对象,运用3DMine-Midas-Flac3D耦合建模数值模拟技术,精细化构建三维实体和网格模型,考虑采场跨度和高度,均匀设计15组试验方案,以岩体力学参数的中间值为计算基础参数,获得不同采场跨度和高度下采场的拉压应力、位移和塑性区分布规律,从复杂条件的参数区间自适应优化采场结构参数。研究结果表明:①矿体开挖后,采空区顶底板出现了拉应力集中,特别是在两个采空区之间所留下的间柱之间、回采采场中间的矿柱是塑性区集中区域;②分析各方案中一步骤采场回采完毕后采空区的稳定性状况,确定方案七和方案十二的采场稳定性较好;③对采场不同结构参数下自适应性表征分析,得出方案七的自适应性更强,为最佳采场结构参数,即采场长30m,跨度12. 5m,高度12. 5m,预控顶高度3. 5m。     

基于均匀实验的萨热克铜矿嗣后充填参数数值模拟研究

为确保萨热克铜矿分段空场嗣后充填采矿法采场稳定性,确定合适的采场结构及充填工艺参数,基于均匀实验设计方法,采用FLAC^3D软件分别模拟了矿房顶底部充填高度,顶底部水灰比强度和中间层水灰比强度三个因素开采效果的影响,得到顶板位移、底板位移与顶底板充填高度、顶底板水灰比、中间充填层水灰比关系式。结果表明,顶底板充填高度越大,水灰比越大则顶板位移越小,即充填效果越好。推荐矿山采用灰砂比为1∶6充填料对采场进行嗣后充填,可有效控制采场围岩变形,确保采场稳定。     

厚煤层回采巷道开挖位置选择数值模拟

利用数值模拟软件,分析了厚煤层中巷道不同开挖位置时巷道围岩的稳定性。运用FLAC3D数值模拟软件建立了三维数值计算模型,对沿顶板和底板掘进巷道进行了数值模拟分析。分析了巷道开挖后巷道围岩的位移场、应力场分布和围岩塑性区分布。分析表明,在厚煤层的情况下,巷道布置在顶板的塑性区范围小于在底板时的范围,2种布置方式的应力分布特征变化不大,沿底板掘进时,帮部和顶板的垂直和水平位移都较大。总的来看,巷道布置在顶板优于布置在底板。     

基于突变理论的两断层中间区域重叠顶底板稳定性分析

为了实时保障位于两断层中间区域矿体开采时采场内作业人员和设备的安全。根据采场顶板破坏特征，结合数值模拟分析结果，运用结构力学分析方法，将采场重叠顶底板简化为固支梁力学模型。基于尖点突变理论，构建采场重叠顶底板的尖点突变模型，在充分考虑断层作用下采场重叠顶底板两端所受拉应力的前提下给出了采场重叠顶底板的失稳判据，为实时判断采场重叠顶底板稳定性提供了一个简单及时有效的计算公式，并通过工程实例验证了计算公式的准确性。结果表明：特殊断层会加大顶板岩梁受到的拉应力与X方向位移，且在重叠顶底板厚度一定的情况下，顶板受到的拉应力与X方向位移越大，重叠顶底板越容易发生失稳。     

基于灰色关联理论的采场结构参数优选

为了研究川口钨矿的采场安全性并确定合理的采场结构参数,应用MIDAS数值模拟方法,得出了不同采场结构参数下的顶板应力和位移,从安全角度初步确定了较优的采场结构参数。采用灰色关联理论,全面考虑影响采场结构参数的经济、技术、安全三类因素,建立了4种备选方案,计算出各采场结构参数方案基于评判指标的灰色关联度,分别为0.821,0.842,0.865,0.817,从而确定最优采场结构参数,即顶柱厚3 m,矿房跨度为15 m,矿柱跨度为8 m。实践证明,运用数值模拟和灰色关联理论优选采场结构参数的方法是科学可行的。     

秩和比法耦合数值模拟优化采场结构参数研究

为了得到合理的采场结构参数, 在地应力测量的基础上, 利用FLAC^3D对内蒙古获各琦铜矿CuⅠ矿体采用的上向水平分层充填采矿法采场在不同结构参数下的稳定性进行了研究, 并分析了矿房围岩的应力与位移在不同结构参数(如矿柱宽、矿房宽、控顶高度)下的变化情况。结果显示: 开挖矿房两帮出现最大位移和最大拉应力, 顶板出现最大压应力。从安全角度出发, 采用秩和比法对正交设计的9种方案模拟结果进行优选, 从经济角度分析, 得出获各琦铜矿采场最佳尺寸组合为矿柱宽10 m, 矿房跨度10 m, 控顶高度7 m。     

深部急倾斜厚大矿体采场宽度优化

针对高峰矿深部急倾斜厚大矿体采用机械化上向水平分层充填法时的采场宽度优化问题,运用数值分析软件FLAC3D对不同宽度条件下的采场进行开挖模拟,通过分析不同宽度条件下采场顶板最大拉应力和最大下沉位移的变化特征,得出了不同宽度下的采场稳定性情况。结果表明:相比采场宽度6 m和8 m,采场宽度10 m时顶板拉应力较大,容易发生拉伸破坏,采场稳定性差;顶板最大下沉位移与采场宽度正相关,但3种宽度下的顶板最大下沉位移均在允许范围(50 mm)之内。因此,采场宽度可取6 m和8 m,但为了高效回采,最适宜高峰矿深部急倾斜厚大矿体的采场宽度为8 m。     

贵州小坝磷矿采场跨度优选

以贵州小坝磷矿为例,结合FLAC3D软件,进行采场回采过程数值模拟分析,并进行了跨度优化研究。结果表明:(1)开挖导致岩体中应力重新分布,采场顶底板出现拉应力,易发生拉伸破坏,拐角则出现显著的应力集中现象;(2)充填能够有效改善采场受力及变形情况;(3)采场跨度以20 m为宜,此时围岩稳定性较好且生产效率较高。     

采场矿压显现规律数值模拟研究

为分析研究采场矿压显现规律,运用FLAC3D数值模拟软件,并结合工作面顶底板实际岩性参数建立三维地质模型。通过对采场应力分布规律、回采巷道的应力分布规律及破坏形式进行数值模拟,并结合电磁辐射仪对回采巷道应力分布状态的观测,验证了数值模拟的合理性。     

连续全面回采对采场稳定性的影响

针对全面采矿法,进行连续回采,对其采场稳定性进行分析。以云南某铜矿为例,采用数值模拟手段,分析采场中的应力、位移、塑性区。得出:随着开采的推进,最大主应力和最小主应力并不是出现在采场深部,而是出现在顶底柱上,出现应力集中现象,采场中最小主应力的最小值由2.53 MPa增加至5.71 MPa,增幅为125.7%,最大主应力的最小值由6.88 MPa增加至20.11 MPa,增幅达192.3%,应力过大易造成失稳破坏;各点位移均呈增大趋势,3个顶底柱上均出现位移突然增大的现象,中部顶底柱上的最大下沉量达到47.87 mm;顶底柱上表现为剪切破坏,围岩塑性区影响范围增大,表现为剪切、拉剪、拉破坏共存的状态。应适当增大顶底柱尺寸,或者减小采场尺寸,以保证采场安全。     

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。     

复杂条件下露天转地下开采断层对采空区影响研究

针对铜绿山Ⅰ号矿体露天转地下开采的复杂情况,采用FLAC^3D分析矿体上盘断层破碎带对采空区的影响,以指导现场施工。分别建立有断层模型和无断层模型,对2模型采用同一种开挖方式：布置1#采场及2#采场,2采场之间留下隔离立柱用于支撑顶板。从压应力及位移量2方面比较2个模型的开挖结果,研究表明,断层使采矿作业条件恶化,主要表现在2个方面：①断层降低了矿体上盘岩体的整体性和连续性,使采场两帮压应力增大0.01~0.45 MPa;②顶柱厚度较大时,断层对1#采场几乎不产生影响,对2#采场影响较大,导致其顶板下沉量增大,表现为2#采场顶板绕立柱顶部旋转;当顶柱厚度h≤16 m时,断层对2个采场均产生影响,均导致其顶板下沉量明显增大,表现为2采场顶板绕1#采场左帮顶部旋转。     

基于ANSYS-FLAC3D的深部采场结构参数优化研究

为了解决湘西金矿沃溪矿区在深部开采存在的采场稳定性差、顶板冒落等一系列问题, 采用有限元软件ANSYS与有限差分软件FLAC^3D耦合模拟跨度为3 m、4 m、5 m、6 m的4种采场开挖方案, 对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化, 优选出深部采场最优跨度。结果表明, 当采场跨度为4 m时, 在采场安全稳定的同时采矿效率最大化。研究结果对同类矿山深部采场结构参数选取具有借鉴意义。     

露天转地下房柱法开采扰动下采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床露天转地下房柱法开采为研究背景,以层状岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体组成的复合采动系统为研究对象,运用FLAC3D数值模拟方法和相似材料模拟试验对坡高300 m矿山在不同开采阶段下覆岩采动响应应力演化特征、位移变化特征和塑性区分布特征进行了研究.结果表明,第三阶段矿体开挖后,...     

大直径深孔空场嗣后充填法采场结构参数优化及稳定性分析

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1 000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的开采方案,采用FLAC^3D软件开展了4组采场结构参数条件下的采场稳定性数值模拟,从而优选出合理的高中段大采场结构参数。Mathews稳定图法采场顶板、侧帮暴露尺寸与水力半径的关系分析表明,当采场顶板跨度为15 m、中段高度为100 m时,采场长度应小于46 m。数值模拟结果表明:二步骤矿柱宽度从15 m增加至19.5 m时,采场顶板的位移、塑性区体积随着跨度增大而增加,底部结构堑沟的两帮安全系数较低且易发生部分剪切破坏。数值模拟与Mathews稳定图法分析结果一致,确定了大直径深孔空场嗣后充填法的最优采场结构参数为采场长度45 m,一步骤矿房宽15 m,二步骤矿柱宽18 m,采场高100 m。研究结果为实现倾斜极厚矿体高中段大采场安全回采提供了理论支撑。     

顶板崩落变形破坏过程的数值分析

采用数值方法建立三维计算模型,分11个步骤对采场开挖的全过程进行数值模拟,得到开挖后空区围岩的水平位移、竖向位移和塑性区分布情况,进而分析矿区顶板自然崩落规律的变形破坏情况。由于采场的开挖,导致岩体内部应力释放,围岩位移指向空区内部,水平位移最大处出现在采场采矿区的两侧边帮处,位移方向均指向采空区内部。随着开挖宽度的扩大,竖向位移呈圆弧曲线形式由采场顶板向岩体内部不断扩张。开挖过程中,空区顶板首先由剪切破坏导致岩体破裂下落,出现采场顶板冒落现象,采场采空区的顶板中央上部岩体随着顶板冒落不断往下变形,出现一定高度破坏区域的岩体。当采场开挖面积进一步扩大时,采场顶板上方的岩块将无法维持稳定状态,出现持续崩落现象。     

缓倾斜极薄矿体采场结构参数优化研究

为进一步提高山东黄金矿业(鑫汇)金矿缓倾斜极薄矿体采场结构的稳定性,对双侧抛掷嗣后充填采矿法的采场结构参数进行了优化。利用有限元分析软件FLAC^3D,并结合矿体实际情况,设计了1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m采场宽度结构等5个方案,计算并分析不同条件下开挖后的最大主应力及最大位移来实现采场结构参数优选。研究表明:随着回采宽度增大,第1步回采后产生的应力和破坏范围明显增大,顶板的下沉位移逐渐增大,在采幅为2.5 m和3.0 m的方案中,在第4步和第5步回采完成应力重新分布后,周边围岩应力呈现上升趋势,有潜在的岩爆风险。在不同的回采过程中,围岩中的应力存在释放的过程,使应力分布达到新的平衡状态。同时经过数据对比分析,针对采用双侧抛掷嗣后充填采矿法的缓倾斜极薄矿体,采场结构参数设置为1.5 m为最佳方案,可确保矿山安全高效生产。     

某矿分段采场上盘围岩稳定性分析及工程应用

为了保证某倾斜矿体分段采场的安全生产，采用理论分析和FLAC3D相结合的方法对不同条件的采场上盘围岩的稳定性进行研究；分析各参数条件下上盘围岩的当量暴露面积、应力、位移、塑性区分布等指标与采场长度、高度之间的关系；结合岩石强度理论、拉应力区分布面积及位移极限判据提出安全经济的结构参数，并通过工程应用对分析结果进行论证。结果表明：当量暴露面积随采场长度的增长率大于随高度的增长率，当采场长度大于40 m时，采场高度对当量暴露面积的影响权重逐渐增大；当采场长度和高度均为40 m时，其上盘围岩沿采场左右边缘及底部分布拉应力破坏区，最大位移量为41.77 mm，局部逐渐产生了塑性区，但各塑性区未发生贯通，可保持自身稳定。工程应用结果表明，开采过程中上盘围岩在出矿期间未出现剥离和掉渣现象，整体稳定。因此，为了有效保证采场安全和生产效率，建议矿山采场高度选择40 m，长度选择40 m。