某地下矿山充填采矿过程的ABAQUS数值模拟分析

运用大型三维有限元软件ABAQUS，基于现场地质调查和室内试验得到的数据， 根据矿体开采条件，建立开采模型，对矿体开采和充填过程进行了数值分析，得到了每一施工步的应力场和位移场分布规律。对于每一施工步而言，围岩中应力场由于开挖效应先增大，后因充填作用又减小。结果表明，使用上向水平胶结充填法时，采用胶结充填和尾砂充填可以有效控制采场围岩的稳定性。充填体可以有效地抑制围岩应力释放和变形，减缓岩层储备能量的释放速率，避免出现冲击地压等动压现象。同时对采场的稳定性和安全性做出了综合评判，得出一些非常有益的结论。     

胶结充填体对二步矿体作用机理分析

为研究胶结充填体对二步矿体的作用机理,以新城金矿782、792和802 3个一步采场为研究对象,运用FLAC3D数值模拟软件,对一步采场从第3分段开挖充填到第5分段开挖充填中胶结充填体的作用机理进行模拟研究。结果表明：从一步采场第3分段到第5分段开挖充填,二步矿体内的应力值比胶结充填体内的应力值大5～6倍。792采场胶结充填体与二步矿体接触面上产生的塑性区以受拉破坏为主,782、802采场胶结充填体与二步矿体接触面上的塑性区由剪切破坏产生,深度基本保持在1 m左右。一步采场回采至11分层后,顶板沉降量加快,需对顶板进行支护处理,以保证回采安全。     

大厂铜坑锡矿91号矿体地压监测及充填体稳定性评价

本文介绍鲷坑锡矿地压及充填体试验研究成果。叙述９１号矿体开采区域采场围岩应力──变形变化监测与分析结果；评估了该矿磨砂胶结充填料（体）的力学特性及其充填质量；应用有限元法模拟计算了岩体与充填体稳定性；在工程地质调研基础上，分析及预报开采区域采场岩体稳定性。     

深部高大采场全尾砂胶结充填理论分析

冬瓜山铜矿深部矿体距地表约1000 m,矿区构造应力复杂,属高地应力分布区域,采用空场嗣后全尾砂胶结充填法开采。在实验室试验结果的基础上,采用Terzaghi法和Thomas法对其高大型采场充填体受力状况进行了理论分析,用有限元法对采场围岩和充填体的应力分布状况进行了研究,确定了开采扰动条件下在采场周围形成的不同程度破坏区域。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

废石胶结充填体强度特性及其应用研究

宝山矿西部2#矿体为深部难采矿体,采用废石胶结充填法回采.为确保其回采的安全,采用RMT-150B岩石力学试验机,对7种配比的废石胶结充填体在不同龄期的抗压强度进行了测试,利用龄期为28 d的废石胶结充填体的力学参数对试验采场进行了充填法回采的FLAC3D模拟,根据模拟结果选用C组配比的废石胶结充填体对该矿试验采场进行了充填,同时还对其进行了应力测试.研究结果表明:水灰比和灰砂比是控制废石胶结充填体抗压强度的关键因素;龄期为28 d的C组废石胶结充填体的抗压强度大于2 MPa;采空区围岩的最大主应力和竖向最大位移随废石胶结充填体强度的增加而减小,而最小主应力则与之相反;选用C组配比的废石胶结充填体的试验采场的应力测试结果与模拟结果吻合良好,能有效地控制该试验采场深部开采的地压.     

金川集团公司充填采矿技术与应用

金川镍矿处在"富、大、深、碎"的复杂矿岩条件下,全部采用胶结充填采矿法开采.40多年来,金川公司坚持正确的胶结充填采矿技术路线,通过组织大规模的环管试验研究,上世纪70年代初发现了高浓度料浆的管流特性,提出了"临界流态浓度"的概念,推导出了计算砂浆管道输送水力坡度的金川经验公式;1987年以后试验验证了金川膏体充填料浆符合赫谢尔-布尔克莱流变模型,解决了金川膏体泵送充填工艺在理论计算方面的关键技术,并于1999年7月建成投产了尾砂膏体泵送充填工艺系统.长期的试验研究与生产实践,金川镍矿提出了合理的高浓度细砂胶结充填和膏体充填料浆的配合比参数,解决了相应充填工艺中的主要技术问题,并开展了连续回采充填体及采场围岩稳定性的研究,得出了采场围岩与充填体的稳定性取决于原岩水平应力、充填体的支撑作用和回采顺序的科学结论,形成了由中央向两翼推进,并保持中央两个盘区嗣后充填一步回采的方案,满足了金川镍矿目前年采矿量460万t、年充填量150万m3的要求,使充填采矿法在中国成为一种高效率、高回收率的采矿方法.     

胶结充填体下采场结构参数优化研究

要在大体积胶结充填体下对矿体进行安全高效地开采,合理的采场结构是采矿设计首先需要考虑的问题。在综合分析某地下矿山地质概况、开采技术条件现状的基础上,采用经验法与理论计算法对采场结构参数进行计算,提出了4种采场结构参数初步方案,建立对应的三维数值计算模型,将围岩的变形、应力分布及塑性区大小等作为衡量采场结构参数优劣的指标。根据模拟结果对比分析了各方案在矿房回采后采场围岩的力学响应情况,得到了采场处于最有利力学状态时的结构参数,结合各方案盘区矿石理论回采率,进而对采场结构方案进行了优选,即当顶柱厚度为6 m,矿房跨度38 m,矿柱宽14 m时,采场结构稳定性处于最有利状态并且具有较高的理论回采率。优化结果可为后续开采设计提供参考。     

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。     

大红山铜矿西矿段充填采矿数值模拟研究

根据大红山铜矿西矿段矿体赋存的地质条件及现有的开采技术,提出了盘区机械化分条—分层充填联合的采矿方法。初步确定18种回采的方案,选取了FLAC3D数值分析软件进行数值模拟。将各方案的结果进行了对比,选出了最好的回采方案。结果表明,采场结构参数为:用混凝土胶结充填的矿柱宽度6 m,用选矿的尾砂充填的矿房宽度8 m,每个分层的高度4 m;用混凝土胶结充填的矿柱的抗压强度2.5 MPa;开采顺序上下同时回采,间隔100 m时采场的稳定性最好。     

深部金属矿山卸压开采研究

为了确保深部资源的安全高效经济开采,以广西某矿业公司深部105号矿体作为研究对象,针对105号矿体即将开展的大规模开采过程中有可能出现的应力诱导矿压灾害,开展了卸压开采研究。根据矿区105号矿体及围岩的岩爆倾向性结论,结合矿区开采技术条件与开采工艺、地应力水平与岩体力学参数,提出了4种卸压方案,并利用FLAC3D及Plot Digitizer软件对4种方案的卸压效果进行模拟分析。结果表明:采场两侧布置卸压槽卸压方案使采场周边应力降低14.8%;切顶和拉底布置卸压槽卸压方案卸压不成功;在上盘深孔卸压爆破卸压方案使采场周边应力降低50.4%,在矿体与围岩之间能形成有效的应力隔离带;矿块分步回采方案使采场周边应力降低63.6%,最终通过最大主应力比较分析确定矿块分步回采为最优方案。     

复杂富水矿床安全开采综合技术研究

介绍了高阳铁矿在解决复杂富水矿床高效低成本开采技术难题时,采用多层位矿体盘区一体化分层回采胶结充填采矿法、高黏性细粒尾矿胶结充填、局部帷幕注浆封堵、岩层变形破坏监测及地压监测、大位移定向钻孔和注浆封堵井下突水等技术,将监探测方法、治水技术与矿体回采进行了系统的整合,提高了资源回收率,有效地控制顶板岩层移动,避免了地下采矿造成的地表塌陷和安全隐患,实现了矿体的安全高效开采。     

司家营厚大矿体矿房分步式开采结构工程分析

针对司家营铁矿井下大规模开采围岩的潜在失稳性，运用UDEC软件进行数值计算，分析不同开采阶段地压变化，应力云图揭示了采场顶板岩体内应力场向有利于维护围岩稳定的拱形承载结构演化，该结构的拱失f和拱跨L近似相等。同时在拱脚矿体上下盘边界和拱顶风化带岩层共显现出3个高压应力区，其中上下盘处应力集中，表明该部位矿房应快速组织充填。基于数值分析结果，建立了拱形桁架结构工程体系，并对该体系力学模型进行了分析，得出一、二步矿房宽度比值，并设计了厚大矿体的矿房宽度为20 m，安全系数达1.96。通过数值计算预警及理论分析优化设计，可有效保证地下规模化开采的安全性和连续性。     

充填体变形特性分析及材料配比优选

当地下矿山采用胶结充填开采方法时,充填体的强度是影响其在地下矿产开采过程中是否稳定的直接因素,并且关系到采场围岩的稳定性和充填成本,而合理的充填材料配比是关键。本文在室内充填试验的基础上,利用数值模拟手段对四种灰砂比的充填体进行充填开采仿真模拟,分析了胶结充填体的变形特性,结果表明充填体的失稳主要从与下盘围岩接触的底部开始发生破坏,然后沿充填体与下盘的接触面向上、以及在与底板接触面处沿充填体倾向方向这两个方向逐渐发生变形破坏;对采场中的位移、应力和塑性区等围岩力学响应特征进行了对比分析,结果表明,当灰砂比为1∶8时,充填体能够维护采场稳定并且充填材料成本较低。研究结果对矿山充填工程具有一定的指导意义。     

下向分层进路充填采矿法中预留阶段顶柱力学行为分析

基于下向分层进路充填采矿法,针对下分层开采或回采过程中遇到开挖进路帮部一侧为胶结充填体、另一侧为矿体的情况,将胶结充填体假设为弹簧支撑件,把采场预留顶柱简化为平面问题的“固定端超静定悬臂梁”力学模型,并将半逆解法引入预留顶柱力学分析中,推导出均布荷载下“固定端超静定悬臂梁”应力分量,揭示了顶柱稳定性的主要影响应力为水平拉应力σ_x和剪应力τ_xy。理论分析表明:影响σ_x和τ_xy分布变化的主要因素,既包括采场结构参数顶柱厚度和跨度,也包括了充填参数充填体弹性模量。以某铁矿为例,采用控制变量法研究了顶柱在不同采场结构参数和充填参数条件下σ_x和τ_xy的变化规律,结果表明,当顶柱厚度不小于5 m、跨度选取5~7 m、胶结充填体强度1~3 MPa时可有效减小顶柱上部的水平拉应力和剪应力,避免了顶柱处于悬臂梁状态和顶柱下部出现较大拉应力。     

弓长岭铁矿高落差端部矿体安全开采技术研究

弓长岭铁矿二矿区的中央区地下回采工作面与东南区露天采场的落差高达700 m,且在-220 m水平由中央区向东南区扩采了200 m,因此2区衔接部位有约500 m长的高落差端部矿体处于移动带内,未纳入露天设计开采范围。通过分析端部矿体的赋存条件及岩移危害形式,发现只有地表塌陷坑边壁的片落对端部矿体的开采构成安全危害,据此,运用临界散体柱理论,提出了向地表塌陷坑充填废石的措施,以控制塌陷坑边壁片落,并制定了沿塌陷坑边帮与轴线方向协调排岩的工艺方法,以保障排岩的施工安全。在此基础上,东南区露天采场西侧的端部矿体可以进行开采,可由东南区露天采场向西扩采完成。     

急倾斜薄矿体中深孔预裂爆破开采技术研究

某铜矿薄矿体主要采用浅孔留矿嗣后充填法开采,开采效率低下,贫化及损失指标难以控制。针对薄矿体开采存在的技术难题,运用中深孔对矿岩界限进行预裂爆破形成预裂缝,对矿体和围岩进行预分离。利用矿体内布置的中深孔爆破,改变矿体内岩石的稳固性,从而实现采场矿体的自然崩落落矿并与围岩进行有效的分离。研究表明:薄矿体中深孔预裂爆破开采技术通过矿岩界限预裂爆破分离矿体及围岩,矿体内炮孔爆破贯通对矿体稳固性改性后实现自然崩落落矿,能够控制采场回采边界,为采场的大规模开采创造有利的外部条件;开采技术适用于急倾斜薄矿体的地下高效开采,可大幅提高开采效率,有效控制矿体开采经济指标。     

充填过程中进路板墙稳定性研究

在下向胶结充填采矿法中,空区进路在充填过程中板墙侧向承载力较大,导致板墙发生垮塌,将对后续回采工作造成严重影响。因此,空区进路充填过程中板墙的稳定性对充填工作的可靠性具有十分重要的意义。为了提高充填质量,确保采充工艺系统的有效衔接,为现场合理有序的生产,通过结合现场生产实际对空区进路充填过程中板墙的整体稳定性进行数值模拟研究,确定合理的进路长度范围和板墙加固措施,为下向胶结充填采矿法空区进路充填板墙的砌筑和加固提供理论依据,从而保障现场采充平衡。     

某铜矿地下开采对地表古铜矿遗址的安全影响

由于地下采矿活动将改变围岩物理环境的天然力场,使围岩产生位移和变形。为有效控制由于采矿活动形成的围岩位移,分析可能受到开采影响区域的矿体和围岩的力学性质、岩体地质构造、周边应力状况以及地下水文状况,以某铜矿为例,分别选用上向水平分层胶结充填法、浅孔留矿嗣后充填法对地下采矿工程进行数值模拟分析,研究矿山开采对地表矿渣遗址稳定性的影响。研究表明：采用上向水平分层胶结充填法开采后,矿体围岩稳定性较好,有利于确保矿区地表建构（筑）物稳定。