高阶段大直径深孔采矿法的爆破技术研究

安庆铜矿主体受矿方法是高阶段大直径深孔采矿法,该采矿方法具有高阶段、大采场、生产周期长等特点,其技术关键在于加如何确保采场的稳定性,章就高阶段采场回采过程中为确保采场稳定对所采用的爆破技术进行阐述。     

蚕庄金矿深部采场稳定性数值模拟研究

随着开采深度越来越大,蚕庄金矿上庄矿区深部地压显现现象日趋严重,开采过程中顶板及两帮岩石垮落失稳现象频繁发生,甚至出现岩爆现象,严重制约矿山生产。为了保证安全生产,利用数值模拟技术,以深部7336及7337两个大跨度相邻采场为例,对开采过程中的稳定性进行模拟分析。通过研究发现,在单层开采过程中,两个采场的顶板中部区域为应力及塑性区集中区域,要注意支护;在多分层开采中,下盘断层带附近应力集中现象明显,为重点关注区域。     

急倾斜中厚煤层伪俯斜采场覆岩运移规律研究

急倾斜煤层由于在倾角-重力场效应的影响下,采场覆岩运移及应力分布均较水平煤层更加复杂,且采场围岩的稳定性控制难度较大。以逢春煤矿N2821工作面为工程背景,综合采用物理相似模拟实验、数值模拟和理论分析方法,研究了急倾斜中厚煤层顶板垮落充填、应力演化特征及覆岩运移规律。结果表明,急倾斜中厚煤层伪俯斜采场顶板破断呈明显的时序性特征,顶板呈非对称破断,且垮落轮廓呈空间梯阶状“残垣”形状。采场围岩应力在空间上形成非对称“壳体”,顶底板应力释放区域呈拱形,工作面两端出现应力集中,随着采场持续推进及垮落顶板的逐渐充填,倾斜下部顶板会再次出现应力集中,同时“壳体”下拱脚位置会随着充填体的增多而逐渐上移,但整体形状在不断演化后最终趋于稳定。     

西藏甲玛铜多金属矿充填体热—流—力多场耦合模拟研究

充填体的稳定性关乎采场回采的安全,其稳定性主要取决于其力学性能。充填体力学性能的形成过程涉及热过程、渗流过程和力学过程,为研究高海拔寒冷环境下充填体的稳定性,通过建立合理有效的多场耦合模型,采用热—流—力耦合方法对充填体稳定性进行定量研究。结果表明,采场中的应力自充填体上表面至底板逐渐增加;采场中的位移自充填体上表面至底板逐渐减小;部分三维截线穿过了采场不规则结构,导致应力集中,采场几何形状对于充填体应力及位移有较大的影响。     

南芬露天铁矿下盘采动时边坡稳定性数值模拟

通过分析南芬露天铁矿下盘边坡的区域地质资料,确定出降雨和爆破震动为影响边坡稳定性的主要因素。根据前期研究成果,对5#坡体剖面建立数值模拟计算模型,同时导入SLOPE/W模块,分析爆破和降雨耦合作用对扩帮前后边坡稳定性的影响。研究结果表明：岩体扩帮采动前后孔隙水压力变化不大,但是在近似梯形岩体开挖之后,一部分自重应力被消除,对边坡的地应力产生了显著影响。扩帮采动后的边坡在耦合作用下整体安全性变差,但依然保持稳定。286~454 m段属危险性边坡,454~574 m段边坡保持稳定。     

大结构采场采矿工艺风险因素分析和控制

针对影响地下矿山安全高效回采的风险因素多样化特性,选取对采场稳定性有决定性作用的采场暴露面积和爆破震动2个因素,结合李楼铁矿大结构采场回采的工艺特性,使用Mathews稳定图方法确定采场合理的暴露面积;基于萨氏理论和爆破震动对地表影响的国家标准,确定中深孔爆破最大单段药量值。最终确定如下措施控制风险因素:采场长度控制在80m以内,顶板暴露面积1600m~2以下,侧帮暴露面积8000m~2以下;采用孔间微差多排同时起爆时,单段药量最大为530kg。在上述控制措施下进行生产作业,避免发生安全事故,保证了李楼铁矿安全高效回采。     

露采爆破振动对拟建水库坝体影响研究

某露天采场采用中深孔爆破,采场最终边界附近拟建酸性水库坝体。为了研究露天采场爆破振动对坝体稳定性的影响,首先对露天采场爆破振动进行现场测试,对测试结果进行了回归分析,得到了爆破振动的最大振速公式;其次,根据现场实际情况对坝体处最大振速公式进行了修正;在此基础上,采用数值模拟的方法研究了露采不同时期爆破振动作用下坝体的安全系数。结果表明：露采一期爆破振动过程中,坝体是稳定的;露采二期爆破振动过程中,坝体稳定性较差,提出了降低单段最大药量的技术措施。     

铜绿山铜铁矿大直径深孔采矿技术试验研究

铜绿山铜铁矿采用大直径深孔采矿方法(VCR法)开采。多年来采场跨塌频繁,严重地影响了生产,并带来很大的采矿贫化损失。调查表明,岩性变差与凿岩爆破工艺不合理是采场跨塌的主要诱因。为此,将VCR法爆破改为后退式分段侧向多排微差控制爆破,并在不稳固地段和采场边孔采用不耦合装药方式实行减弱装药。对孔内爆轰波的试验研究表明,不耦合条状药包爆破的爆轰波传播距离可达6m以上,无需增加起爆弹可直接起爆下一分段的药包。为此将弱间隔的2段药包,合并为1段起爆。该法简化了装药结构,方便了减弱装药措施的实施。另外,为减少爆尘、减轻炮泥搬运负担,试验采用了水封爆破。该工艺在7313采场经过1a多的试验,获得了预期满意的效果,随后在全矿类似矿体推广应用,解决了矿山多年来因采场跨塌带来的负面影响。     

红透山铜矿深部采场回采顺序的数值模拟及优化

针对红透山铜矿处于高应力环境下的深部采场,为确保回采过程中的采场稳定性,通过数值模拟探讨合理的回采顺序。基于矿山实际生产条件,提出6种回采方案,并采用FLAC3D进行数值模拟计算,分析不同方案回采过程中的应力、位移分布特征。计算结果表明：方案六所处的应力环境最为有利,安全性最高,矿柱明显起到了缓解顶板应力集中的作用,顶板、帮壁处是应力最为集中区域;方案二在回采过程中竖向位移最小,但在最终状态各方案位移较为接近。综合考虑,方案六为最优回采顺序。     

大采高采场覆岩顶板应力规律三维相似模拟研究

基于某矿区的地应力分布和大采高的具体条件,开展了采场矿压显现规律和巷道围岩变形规律的相似模拟研究。研究主要以该矿1-2煤层的地质赋存条件为典型背景,模拟开采高度为5m和6m时,工作面和巷道的矿压显现规律。通过大采高相似模拟实验,具体分析并总结了大采高开采过程中工作面的矿压显现规律。     

采场底板围岩应力壳力学特征及时空演化

针对采场底板围岩三维应力场特征及演化规律，以谢桥煤矿1232(1)综采工作面为研究对象，采用综合研究方法开展了系统研究。结果表明:煤层回采过程中，伴随着采场围岩三维应力场的不断调整，在采场底板围岩空间区域也存在高应力束，高应力束在三维空间形成了采场底板围岩应力壳，应力壳壳体内外岩体主应力均低于壳体中的主应力。应力壳内边界之上垂直应力和水平应力均显著降低，部分岩层内压应力转化为拉应力，壳体和应力壳外边界岩层垂直应力降低，水平应力仍然较大，存在水平应力集中现象，三维应力场作用的选择性是采场底板围岩应力壳形成的内在力学本质。采场底板围岩应力壳形态随着采场结构的变化而调整，具有典型的短边依赖效应，破裂区和最大位移区主要发育在应力壳壳体内边界之上的低应力区内。采场底板围岩应力壳是抵抗底板岩层卸压膨胀、进而发展到拉剪破坏的主要集中力系，采场底板围岩应力壳的失衡可能引起较大的动力现象。     

大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理

特厚煤层开采形成的采场空间大,覆岩扰动范围广,采场顶板来压具有明显的大小周期来压及强矿压显现特点。大空间采场覆岩扰动层位多、岩层间作用机制复杂,顶板破断块体间的作用力及方向多变,导致大空间采场覆岩结构理论分析存在较大难度。为从理论上揭示特厚煤层大空间采场覆岩结构特征及其矿压作用机理,在实测分析得到大空间采场覆岩结构特征基础上,基于能量变分原理建立了大空间采场覆岩结构力学模型,揭示了大空间采场覆岩结构的矿压作用机制;建立了大空间采场覆岩结构条件下的“煤体-支架”协同承载模型,得到了采场支架围岩的相互作用关系。研究表明,特厚煤层开采形成的大空间采场覆岩具有显著的“低-中-高”层位结构特征,是采场复杂矿压显现的直接诱因,“中-低”位顶板结构失稳形成采场大小周期来压,高位顶板结构的失稳联动是诱发大空间采场强矿压显现的主要因素;覆岩结构的失稳运动还受到采空区矸石支撑、顶板有效位能作用及高位顶板悬长等的制约,是采场来压强弱的重要影响因素;大空间采场条件下“煤体-支架”协同承载,所得理论研究成果与基于实测反演分析得到的支架围岩关系研究结论具有较好的一致性,验证了大空间采场覆岩结构理论的正确性。     

萨热克铜矿采场爆破对相邻采场的影响

地下矿山采场爆破对相邻采场围岩的稳定性造成扰动是不可避免的,当爆破单段起爆药量过大时,采场容易出现片帮或冒顶。因此研究地下采场回采时爆破振动对相邻采场的影响,从而保证地下采场的安全和稳定是很有必要的。结合新疆萨热克铜矿生产情况,采用现场爆破振动测试和数值模拟分析相结合的方法研究萨热克铜矿地下采场爆破振动对相邻采场围岩的影响,利用萨道夫斯基经验公式对测试数据回归分析,得出地震波传播衰减公式。数值模拟研究爆破过程中邻近洞室的质点振动速度特点,相邻采场洞壁动应力分布规律以及爆破动应力与振动速度的关系。     

动静组合作用下大跨度凿岩硐室稳定性分析

安徽某铜矿采用大直径垂直深孔阶段矿房法开采，首采采场开采深度为800 m，跨度达到30 m，爆破振动对周边岩体及采场结构产生了极大扰动，加之大爆破过程引发岩体能量的释放和转移，极有可能形成采场主要结构失稳，威胁回采安全。为研究大跨度凿岩硐室在动静组合作用下的稳定性，依据矿山实际情况，利用FLAC3D 5.0数值模拟软件对该矿首采矿段201大跨度凿岩硐室在动静荷载组合作用下的稳定性进行了数值模拟分析，并与现场监测结果进行了对比。研究表明：开采过程中，最大主应力以及塑性区主要集中于条柱上，顶板在失去条柱支撑后位移增加较大，条柱支撑作用明显；开采结束后，条柱全部回采，顶板位移达到最大值，间柱成为主要支撑结构，整个开采过程中凿岩硐室较为稳定，分析结果与监测结果相吻合。建议后续开采之前适当增加凿岩硐室条柱宽度并实施锚网联合支护以提高抗压能力；通过优化爆破参数降低爆破振动对顶板的影响，并对凿岩硐室中间区域的顶板施加长锚索支护；对模拟分析和监测中容易出现破坏的区域进行布点监测，为后续开采中地压灾害防治提供有价值的信息。     

工程扰动下矿山高陡边坡力学响应规律研究

露天矿山中存在大量的高陡边坡与凹陷露天深坑,受区域环境影响,开采过程中各种生产扰动可能会造成滑坡、滚石等现象,威胁生产安全。基于高陡边坡稳定性分析相关理论,综合考虑工程区域地质条件,建立了边坡稳定性分析的数值模型。采用显式—隐式结合的计算方法,通过LS-DYNA软件对露天矿山高陡边坡爆破布置方案进行模拟,实现了计算结果的唯一可解性、无条件稳定性和收敛性。从时变角度对静力场应力迁移与动力扰动的共同作用进行了研究,针对扰动影响开展了动静耦合力学响应规律分析。研究表明：①上覆岩层剥离后边坡体坡面及台阶位置产生卸荷力学行为,坡顶位置振动速度较大,生产中坡顶易发生碎石滚落,需重点防范;②在工程爆破中,炸药量越大,塑性范围随之呈正比增长关系。爆心距较大的单元变形受地应力作用影响明显,爆破动力仅提供初始扰动作用。③根据不同药量爆破动力强度的分析,为了减震降灾,应当尽可能维持最优药量爆破,或者采用预裂爆破形式,削弱爆破振动对周边环境的影响。通过完成矿山高陡边坡稳定性优化研究,实现了动静荷载还原的边坡稳定性时程分析,可为露天矿山开采扰动影响的预测预警提供参考。     

不同应力状态下采场稳定性的数值模拟分析

为研究开挖影响采场稳定性的应力因素, 利用ABAQUS有限元分析软件, 对不同应力状态下的采场稳定性进行了数值模拟, 结果表明: 当侧压力系数接近于1时有利于开挖的安全性; 初始应力增大有利于减小开挖引起的应力重分布过程中的应力增加; 初始侧向应力增加有利于开挖后的应力释放, 有利于减小开挖后边壁处的竖向应力。     

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。     

某地下矿山分段空场法地下开采对上覆岩层稳定性影响分析

为了确保某矿山生产中分段空场采矿方法安全使用的可靠性及合理性,要对采场结构参数进行优化,这对提高矿山生产效率、降低生产成本和保证矿山生产安全起着重要的作用。根据某矿山开采技术条件,针对不同的采场结构参数,采用FLAC3D数值模拟软件模拟了不同采场长度条件下的应力、塑性扰动区范围的大小,确定采场最适用、最合理的长度为50m,同时分析了地下矿体开采对上覆围岩稳定的影响,为矿山的安全高效生产提供依据。     

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。     

大规模采场开采稳定性模拟预测与实测验证

针对某地下金属矿山采场采用大直径深孔分步爆破开采的实际, 为了掌握采场围岩稳定性情况, 运用二维有限元模拟软件Phase²对采场回采过程进行了分步数值模拟, 分析采场的稳定性, 对采场可能发生冒落或垮塌处进行预测。运用空区三维激光探测系统(CMS)对采场进行了现场探测, 以CMS实测数据为基础生成采空区三维模型, 提取采空区二维实际边界与数值模拟的结果进行对比分析, 进而实现对采场稳定性模拟预测结果的实测验证。实践表明, 实测结果与预测结果基本一致, 验证了这种模拟预测方法的可靠性和有效性。该方法能有效地预计到大规模采场开采稳定性情况, 并据此进一步改进大爆破回采工艺, 从而实现安全、高效率开采。