急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术研究

针对急倾斜中厚破碎矿体采用浅孔留矿法开采时,存在的采场作业安全条件差、矿石损失贫化大等问题,以锡林浩特萤石矿为工程背景,从岩体可冒性、工艺方法改进、冒落防控等方面对急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术进行了系统研究。通过矿岩可冒性分析,构建了岩体冒落力学模型,计算得到极限冒落跨度值为5.4~6.4 m,小于矿体的平均厚度（7 m）,存在冒落事故风险;从回采作业安全及损失贫化控制角度出发,提出了以垂直深孔落矿阶段矿房法为主的空场嗣后充填开采工艺,给出了采场结构布置方法,采用分段崩矿、中段及阶段出矿方式,确定的合理崩矿步距为1.56 m;在此基础上,分析了采空区顶板冒落冲击风险,计算得到采空区顶板岩体冒落形成的冲击气浪值为34.96 m/s,远远超过了《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423—2020）规定的数值,给出了防治冒落冲击灾害的安全散体垫层铺设方法,确定的合理散体垫层厚度为3.3 m。通过现场工业试验,采场作业安全,矿石回采率提高了7.31%,贫化率降低了7.66%,经济效益显著,可实现该类矿山安全高效开采。     

急倾斜中厚-厚大矿体空场嗣后充填采矿方案优选研究

乌兰矿目前采用分段凿岩阶段矿房法,面临采空区安全、地表沉降破坏、技术经济指标差等问题。针对945m水平以下开展充填采矿方法的综合比较和优选,当矿体厚度15m时,采场垂直矿体走向布置,优先采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,以两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法作为补充;当矿体厚度≤15m时,采场沿矿体走向布置,根据品位高低分别采用两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法和间柱式中深孔空场嗣后充填采矿法。     

司家营铁矿急倾斜厚大矿体大规模空场嗣后充填开采数值模拟

针对规模化开采急倾斜厚大矿体的可靠性问题,将司家营南区矿体划分为两步矿房,采用空场嗣后充填法进行间隔开采,采取胶结充填一步矿房采空区、全尾砂充填二步矿房采空区,运用离散元软件UDEC对分步开采进行了数值模拟计算。结果表明：矿房回采充填过程中顶板岩层内存在承压拱结构,其拱失f近似等于回采水平总跨度L,充填体能够与矿房矿柱及围岩协同维稳;矿体上下盘出现了高应力集中现象,为40~50 MPa,一步胶结充填体承压近15 MPa,且顶板沉降0.5~2.0 m,地表沉降0.2~0.28 m,以及在第四系、风化带交接处及风化带内部衍生出1处高压应力集中区和长带形主拉应力区。根据上述分析,需在矿房回采前对顶板及上下盘围岩进行联合支护,且应对地下水和断层裂隙带以及矿房顶板和地表进行监测,确保矿山安全开采。     

某锡矿缓倾斜中厚矿体的分段空场嗣后充填采矿法

华南某锡矿体由于倾角缓厚度大,构造变形复杂,矿石无法借助自重实现搬运,且顶板暴露面积大,无轨设备无法进入采场作业;同时采空区面积大,若均采用胶结充填则成本过大。针对以上问题,在采用分段空场嗣后充填采矿法的基础上,对采场中的参数进行结构优化,交替布置矿房与矿柱时,对第一步骤回采的矿柱尽量设计较小的尺寸,嗣后进行胶结充填,同时对第二步骤回采的矿房尽量设计较大的尺寸,嗣后进行非胶结充填,从而解决了矿石无法实现自重搬运、顶板管理困难以及胶结充填成本过大等问题。实践证明:改进后的方案使矿山综合生产能力提高112%,矿石贫化率降低0.5%,每年的充填费用减少540万元,提高了综合生产能力,增强了作业效率,实现了矿体开采安全、高效、经济的技术目标。     

某矿山急倾斜中厚矿体回采方案数值模拟研究

以笔架山铁矿急倾斜中厚矿体不同开采阶段对上部山体及金沙江的稳定性为研究对象,结合现场调查、室内岩石力学试验及矿岩体质量分级的结果,采用有限元法,对矿体开采过程中的采场结构参数及开采对山体稳定性的影响进行了研究。结果表明:矿体开采至950 m中段时对山体及金沙江影响较小。分析研究认为,整体顶柱尺寸不应小于6 m,当回采至795 m时,由于深部地压较大的关系,建议将顶柱尺寸增加到8 m。研究成果为矿区顶底柱的留设尺寸及开采对山体、金沙江的稳定性影响提供了理论依据。     

缓倾斜薄矿体群壁式空场嗣后充填采矿法试验

水银洞金矿黄金资源量巨大,但矿体分散、厚度薄、倾角缓、顶板不稳固,且水害严重,为典型的难采矿体。为此,对其采矿方法进行优化,提出了壁式空场嗣后充填采矿法。该方法通过优化采场结构参数,使用组合式连续液压支柱,采用大跨度壁式回采工作面,改进出矿方式,并对采空区进行嗣后充填,提高了采矿效率10倍,使贫化率控制在5%,损失率控制在8%内,生产成本降低55元/t,取得了优良的经济技术指标。     

急倾斜厚大矿体采矿方法的选择

地表不允许塌陷时,急倾斜厚大矿体的开采是一个世界采矿技术难题。国内外对此类矿体采用高阶段空场嗣后充填法和高分段空场嗣后充填法。以李楼铁矿厚大矿体的开采为实例,从矿体赋存形态和矿岩稳固性对空场法、崩落法、充填法进行采矿方法的初选。对生产中应用的25 m高分段凿岩空场嗣后充填法和高阶段侧向崩矿嗣后充填法从采场生产能力、采场工程布置、采准工程量、工艺技术、采场充填周期进行技术分析比较,提出以高阶段侧向崩矿嗣后充填法为主,25 m高分段上向扇形孔空场采矿嗣后充填法和浅孔留矿法为辅的采矿方法,能实现安全、高效、大规模生产。随着凿岩设备、装药设备、爆破器材的发展,大孔穿爆,高分段或阶段凿岩在矿山中的应用越来越广泛,对类似开采条件的矿山具有一定的借鉴意义。     

堑沟受矿空场采矿嗣后充填法在缓倾斜中厚矿体中的应用

在分析某矽卡岩型缓倾斜中厚矿体开采技术条件的基础上,提出堑沟受矿空场采矿嗣后充填法,并开展了采矿工业试验。结果表明,新型采矿方法矿石回收率为81.33%,贫化率为14.18%,采切比只有8.56 m/kt,炸药单耗为0.34 kg/t,技术经济指标较好。同时,通过在斗穿中安装减阻导流板,采用堑沟受矿方式,应用中深孔扩漏一次成形及孔底起爆技术,能有效提高放矿效率和生产能力,改善爆破效果。     

急倾斜中厚以上难采矿体采矿方法优化研究(增刊)

为解决某铜矿矿体复杂多变、回采能力低等难题,在矿山现有生产的基础上,结合优化后的矿块结构参数,根据矿体厚度变化情况选择不同的采矿方法,提出了几种适合此类矿体开采的采矿方法最终优选出两种符合矿山生产的采矿方法,有效的适应复杂矿体,解决了回采能力低的难题,优选方案也为国内其他类似开采技术条件的矿体提供借鉴。     

单阶段空场嗣后充填法在急倾斜厚大矿体中的应用

针对深部资源开采所面临的三高一扰动复杂环境,以及采矿方法选择中的多方面影响因素,运用灰色系统理论方法,综合考虑生产能力、损失率、贫化率、采矿成本等12个评价指标因素,建立某矿深部开采采矿方法优选的灰色多层次决策关联模型,计算确定各初选采矿方法的最终关联度,从而最终确定单阶段空场嗣后胶结充填法为最优采矿方法,为矿山开采选用适宜的采矿方法提供了科学合理的理论依据。     

阶段空场嗣后充填体三维拱应力及强度需求模型

在地下厚大金属矿体的两步骤阶段空场嗣后充填采矿法中,合理平衡一步骤矿房采场胶结充填体的揭露稳定性及其强度需求对安全经济充填采矿影响重大。为获取该采矿法中胶结充填体强度需求的三维解析模型与方法,解决类似矿山确定充填体强度需求主要采用经验类比、缺乏科学合理计算方法的问题,本文借鉴土力学应力拱理论,分析了两步骤采充时序过程中的相邻采场充填体空间接触关系,分别研究了二步骤采场非胶结充填体、一步骤采场胶结充填体(揭露后)的应力分布模式,基于Marston拱应力二维模型,拓展建立了各采场充填体的三维拱应力解析模型,得出了非胶结充填体-胶结充填体-采场围岩之间的应力传递规律及接触力学边界解析方法,并通过FLAC3D模拟的拱应力分布结果进行了三维拱应力解析模型的对比验证。进一步将提出的拱应力解析方法应用至Mitchell强度需求解析模型中,考虑了三维成拱作用下非胶结充填体对胶结充填体的侧向推力作用、采场上下盘围岩对胶结充填体的接触摩擦作用,以底部滑动面方向角、滑动体与围岩接触面摩擦力方向角的不同取值情况,定量表征了揭露后胶结充填体的潜在破坏模式,并据此提出了4种胶结充填体安全系数和强度需求的三维解析模型与方法。再利用FLAC3D开展了不同采场尺寸(长度、宽度、高度)、不同充填体参数(容重、内摩擦角)等条件下的充填体强度需求数值解搜索计算,与4种解析方法计算的强度需求结果进行了对比验证,得出了当胶结充填体底部滑动面方向角α=45°+φ_c/2且滑动体与围岩接触面摩擦力方向角β=45°-φ_c/2时,胶结充填体强度需求的三维解析解和三维数值解吻合度最佳,最终获取了最优的一步骤采场胶结充填体强度需求三维解析模型与方法。     

下行中深孔空场嗣后充填采场结构参数优化研究

充填体下进行矿体回采时采场的稳定性至关重要,合理的采场结构参数对保障采场安全高效的回采起重要作用。以喀拉通克铜镍矿2#矿床东段矿体为工程背景,基于现场充填体假顶厚度,通过荷载传递交汇线理论、跨厚度比法、国外经验图表法和经验类比法预估采场极限跨度,并利用FLAC3D数值模拟软件对7m、8m和9m3种采场跨度方案进行数值模拟研究,分析不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响,确定在充填体假顶作用下最优的采场结构参数。研究结果表明:当采场跨度为8m时,既能保证采场稳定性,又能最大程度发挥采场生产能力。     

基于采充时序的空场嗣后充填体强度要求优化研究

为解决江西某钨矿空场嗣后充填法一步骤采场充填体强度要求优化设计问题,以该矿开采技术条件为基础,利用加拿大米切尔法进行了强度要求解析计算,并基于实际采充时序过程,考虑充填体与矿岩接触作用、二步骤采场非胶结充填体对一步骤采场胶结充填体侧向推力作用,提出了充填体强度要求修正解析方法,并计算了同等条件采场充填体强度要求,进而采用FLAC3D开展采充时序过程中一步骤采场充填体强度要求数值解的搜索计算,对比分析了充填体强度要求数值解与两种解析解,讨论了米切尔法的适用性,校验了修正解析模型可靠性,可为同类矿山充填体强度要求优化计算提供参考。     

阶段嗣后充填采充过程稳定性分析与充填体强度匹配研究

以阶段嗣后充填采矿法的司家营铁矿南区为研究背景,在现有的工程地质资料的基础上,运用经典理论模型法和工程类比计算法,通过对矿房、胶结充填体、围岩作用下充填体和采场承载结构矿柱等四个方面进行稳定性分析,以及对充填体强度与采场围岩进行匹配研究,进而验证充填体强度在回采和充填过程中能否满足稳定性的要求.     

某铁矿阶段空场嗣后充填采空区的安全稳定性分析

采用阶段空场嗣后充填采矿法的某铁矿山留有大量采空区,为掌握采空区稳定性情况,预防采空区的安全事故发生,保证资源的安全回收,提出采用地表变形监测与数值模拟计算相结合的方法对采空区进行安全稳定性分析。结果表明,地表监测与数值模拟分别从间接和直接的角度对采场围岩的完整性和充填体的稳定性进行了评价分析,两种技术手段相结合,可以更加充分、全面地论证采空区的安全稳定性。因此,该方法对矿山回采和填充过程的安全性评价具有一定的指导意义。     

某露天矿山破碎岩体高陡岩质边坡稳定性的数值模拟研究

露天矿山高陡岩质边坡的稳定性严重威胁着矿山的安全生产,尤其是对于地质条件复杂、地层分布不均匀且节理裂隙发育的变质岩和侵入岩形成的破碎带发育的边坡更是如此。为确保某矿山的安全生产,通过力学试验的方法确定了岩石的物理力学性质,通过Hoek-Brown强度准则将岩石的力学性质转化为岩体的力学性质并对岩体的质量进行了评价。同时,采用FLAC3D数值模拟技术将高陡岩质边坡进行数值研究。结果表明：终了边坡的安全系数为1.31,边坡总体上处于稳定状态,但是通过对边坡中部的最大主应力分析可知,边坡中部随着开采的进行,可能存在冒落、垮塌或滑坡的风险,针对边坡存在的风险提出了预防措施。研究为矿山的安全生产提供了科学指导,同时为相似矿山的边坡处理提供了科学依据。