诱导破岩采矿关键技术问题探讨

介绍了诱导破岩采矿的应用现状,分析了诱导破岩的机理和可冒性评估方法,提出将拉底等工程指标量化后引入可冒性评估方法的完善方案。按照诱导力的来源将诱导破岩分为内力诱导和外力诱导,提出调控采动应力诱导破岩矿块布置结构。指出诱导条件下矿岩冒落响应规律和冒落块度是诱导破岩理论研究的核心问题,分析拉底参数、辅助诱导工程、放矿控制等因素对冒落响应规律和冒落块度的影响机制,提出离散元和有限元软件耦合模拟、利用辅助诱导工程监测的冒落响应规律和冒落块度研究方法。对完善诱导破岩理论,提高诱导破岩法的认知度,指导工程应用具有重要意义。     

复合采空区覆岩冒落机理及其协同治理方法研究

针对某矿浅孔留矿法开采时,复合采空区可能导致冒落冲击及地表陷落等危害问题,采用理论分析与数值模拟相结合的方法进行了覆岩冒落机理及采空区治理方法的研究。通过岩体极限冒落跨度力学分析,计算得到采空区顶板极限冒落跨度为46.4 m,小于采场长度,采空区存在冒落风险;RFPA2D数值模拟结果表明,采动应力影响下采空区暴露空间大小、优势节理组及应力平衡拱的存在是导致覆岩冒落呈现快速—缓慢冒落机制的主要影响因素.对于复合采空区条件下的矿体开采,所留顶柱并不能有效支撑采空区,据此,提出了顺次崩落中段顶柱与地表协同充填的复合采空区治理方法,消除采空区危害的同时,可有效回采40％的顶柱矿量,创收经济效益达1350万元,研究可为矿山复合采空区治理提供借鉴。     

深部破碎带矿体顶板冒落防治技术

为解决康家湾深部破碎带矿体顶板冒落问题,实现矿体安全回采.通过矿岩室内力学性质实验、控顶措施的比较研究和数值模拟,测定了矿岩的力学参数,对顶板冒落的现象和原因进行了分类和分析,就几种常用的控顶措施进行了比较研究,并对采场结构参数进行了多方案比较和分析.研究表明,顶板冒落可分为地质构造因素造成的冒落、应力集中造成的冒落和设计回采过程中的潜在问题造成的冒落三类;预留矿柱、锚杆支护、人工假顶和切顶等措施都不是很有效的方法.预留护顶层是相对较好的控项措施,可以更好地控制破碎顶板的运动,能有效保证采场的安全;较合适的结构参数为8 m×4 m(跨度×高度).     

岩石力学数值模拟力学参数的确定与验证

依据赵庄煤矿地质勘探报告,结合不同岩层性质,采用岩石质量评价法,确定了各岩层合理的节理间距与力学参数。依据合理的岩石、节理力学参数,对3304工作面采动岩层数值模拟,将模拟结果中冒落带、裂隙带的高度与经验公式计算、现场高位钻孔考察分析结果比较,模拟得出的覆岩冒落规律接近于工程实际,验证了节理间距与力学参数的合理性。     

柏杖子金矿多空区残矿开采技术研究

柏杖子金矿100-9#矿体为残矿,内部存在多个空区,矿岩稳定性差,岩移危害大,遗留有大量矿石散体,致使矿体回收困难。为此,提出多分段与底部双堑沟协同拉底的诱导冒落法回采方案,在分析矿岩可冒性、临界冒落跨度和冒落高度随采深的关系的基础上,结合矿体赋存特点及矿石流动特性,给出了诱导工程参数及爆破参数;采用矿体中部做切割向两端退采的方式,在满足上分段回采工作面超前下分段6~8个步距前提下,各分段拉底巷道同时施工,逐次诱导上部待冒矿体,由双堑沟整体回收,同时选用喷锚网联合支护方式,冒落垫层取3 m,可安全、经济、有效地回收残矿。     

冒落带非均质模型对采场流动传热计算的影响

在采动影响下,采场冒落带内碎岩和遗煤呈现出初始冒落到不断被压实的非均质状况。为了更准确地模拟采场流动换热状况,本文将孔隙率和渗透率视为在二维空间内不均匀分布的连续变量,并建立相应的计算模型。基于多孔介质流动传热模型对典型U型采场流场与温度场进行数值模拟和实测对比。通过给出不同孔隙率模型下的计算结果,表明采空区冒落带的孔隙率分布模型对采场内流动传热模拟结果有较大影响。采用冒落带孔隙率二维连续非均匀模型后,工作面采空区侧的各点温度模拟与实测值相差<0.5℃,因而其结果更符合实际。     

综放开采顶板岩层垮断特征的3DEC模拟研究

基于综放开采,采空区冒落高度大、冒落形态复杂的特征,采用三维离散元程序3DEC模拟分析了综放工作面岩层不同垮断几何参数时的采空区覆岩冒落规律、岩梁运动趋势及其对采场可能带来的动载荷。研究结果为综放采场岩层控制和支护阻力确定提供了一定的参考。     

诱导冒落在龙首矿崩落法覆盖层形成中的应用

金川集团龙首矿西二采区在由下向分层胶结充填法转 为无底柱分段崩落法时,需要崩落或冒落大面积胶结充填体 及上部覆岩为崩落法采场形成覆盖层.通过分析覆盖层形 成技术,选择采用诱导冒落技术形成西二采区覆盖层,随后 对胶结充填体及上覆岩层的可冒性进行了分析,并结合西二 采区实际情况制定了具体的诱导冒落实施方案.在该技术 方案实施过程中,采用微震监测、现场跟踪观测以及地表沉 降监测等技术手段,对崩落法采场顶板的冒落过程进行了实 时动态监测.监测结果表明,西二采区利用诱导冒落技术安 全顺利地使采场顶板胶结充填体冒落形成了覆盖层,为西二 采区成功由充填法转向崩落法奠定了良好的基础,对类似矿 山具有工程借鉴意义.     

石膏矿山顶板破坏机理探讨

近几年来，国内的石膏矿山中，大规模采空区顶板冒落事故频繁发生。目前，对于石膏矿山大规模顶板冒落发生机理研究的还很少。根据近几年对石膏矿山的现场调查，结合岩体力学的相关理论和数值模拟技术，得出石膏矿采场顶板冒落及大规模采空区顶板冒落主要是由于石膏矿柱流变特性使其强度变低及随着采区的扩大，石膏矿柱应力增大等而引起的。     

急倾斜采场上盘顶板预应力锚杆条网带支护间距设计方法研究

针对某矿急倾斜采场上盘顶板局部冒落,提出采用2～3排预应力锚杆加条网构成的锚杆条网带沿倾向间隔一定距离支护该顶板。应用材料力学建立该顶板的锚杆条网带支护力学模型,分析其冒落机理,并基于三弯矩方程推导锚杆条网带支护间距设计公式。应用FLAC^3D正交数值模拟各种赋存条件下上盘顶板锚杆条网带支护的最佳间距,系统分析矿体埋深、倾角、厚度及顶板岩梁高度对锚杆条网带支护间距的影响,并多元线性回归修正了该支护间距设计公式,最后将修正的公式应用于该矿深部留矿法采场上盘顶板锚杆条网带支护间距设计。研究结果表明:急倾斜采场上盘顶板中央弯矩最大,是冒落控制的关键部位;锚杆条网带支护该顶板具有减跨效应,可以有效减小其中央的集中拉应力,经济有效地避免其冒落。     

大间距无底柱分段崩落法采场地压变化规律研究

以大冶铁矿井下车间采场结构参数调整为工程背景,依据宏观调查和巷道围岩变形实测资料,采用位移反分析的方法,运用FLAC数值模拟分析软件,从应力变化规律、位移场分布特征和塑性破坏区变化特点等多个方面,对采场结构参数调整前后的采场地压变化规律进行数值模拟对比研究。研究揭示了大间距无底柱分段崩落法开采过程中采场地压的基本变化规律,对于大间距无底柱分段崩落法在地下金属矿山的推广与应用具有重要意义。     

基于PFC~(3D)数值模拟的金山店铁矿东区合理覆盖层厚度研究

覆盖层在无底柱分段崩落采矿法开采中起着重要作用,既要为挤压爆破和端部放矿创造必要条件,还需保证崩落法生产的安全性,选择合适的覆盖层厚度对矿山开采具有重要意义。首先,根据金山店铁矿东区采场结构参数,利用椭球体放矿理论计算出合理覆盖层厚度为20 m,并以覆盖层充当缓冲层时覆盖层厚度计算公式验证了该厚度能满足安全要求;其次,利用PFC~(3D)数值模拟软件进行三轴压缩试验找到与金山店铁矿东区岩体力学强度参数相匹配的矿岩颗粒微观参数;最后,根据矿岩微观参数建立放矿数值分析模型,通过选取的不同覆盖层厚度进行模拟放矿,依据放矿后矿石的回收率和贫化率大小来分析覆盖层厚度对开采指标的影响,认为20 m厚度覆盖层条件下的矿石回收率和贫化率达到最优值。理论计算和数值分析表明,金山店铁矿东区崩落法开采时覆盖层厚度取20 m,可取得较好的技术经济效果并保证采场安全。     

ANSYS在新疆某铁矿崩落法中的建模应用

新疆某铁矿矿体覆盖岩较厚,当采用无底柱崩落法进行放顶作业时,采场顶板崩落效果差,会导致巷道受力变形严重,或者崩落后地表塌陷不到位,造成滑坡、山崩等地质灾害。因此,通过岩石力学试验,获得建模所需弹性模量、泊松比等力学参数,借助ANSYS有限元分析软件,分别建立厚覆岩模型、巷道模型、矿体模型、并模拟初始地应力,为后期模型开挖确定放顶顺序、选择合理方案提供可靠的技术指导与参考。     

无底柱分段崩落法崩落体形态的研究现状与展望

无底柱分段崩落法的最显著缺点是损失贫化大,主要由覆盖岩层下放矿引起。崩落体是放矿的对象,充分认识崩落体的形态对降低矿石损失贫化有着重要意义。在分析崩落体形态影响因素的基础上,从崩落体形态的试验研究、崩落体形态对放矿效果的影响等方面总结和探讨了其研究现状。崩落体形态受爆破参数、矿体及覆岩性质、松动体、放出体、残留体、采场结构参数与放矿工艺等的影响。目前,现场准确实测是崩落体形态研究的难点,物理模拟、数值模拟是崩落体形态研究的主要手段,寻求合适的爆破替代手段是提高物理模拟与生产实际相似性的关键。崩落体几何形状、块度组成、崩落体陷落区等均对放矿效果产生影响,应将回采过程看成一个有机整体,进一步定量研究放出体、松动体、崩落体三者之间的关系机理,从而获得最佳的放矿效果。     

基于ANSYS程序下的采场稳定性分析

采用大型有限元分析软件ANSYS对柿竹园矿III矿带矿体典型采场顶板的稳定性及其对采场围岩力学状态的影响进行数值模拟、非线性分析,对9种典型采场结构模型的模拟结果进行了比较分析,根据分析结果结合采掘效率和开采成本等因素确定了采场最优结构参数,并对当前采矿方案提出修正和调整建议,以便更清楚地掌握采场地压发展变化规律,有效地进行地压管理,实现矿体的安全高效开采。     

程潮铁矿充填体下部崩落采场稳定性分析

程潮铁矿西区计划将矿柱回收采场由充填法转为崩落法开采,原充填采场结构复杂,造成其下方围岩应力分布不均,不利于开挖采准巷道的稳定性,故需对巷道开挖前后的围岩应力分布特征进行研究。采用室内相似模拟试验和数值模拟相结合的方法,分析了采准巷道开挖前后的围岩应力分布规律及巷道稳定性。研究表明：①由于原充填采场矿房矿柱采用间隔布置形式,导致其下方围岩应力分布紊乱,采准巷道开挖后局部存在拉应力,且应力集中现象明显;②充填采场下方围岩压应力达到崩落体下方的2倍,巷道开挖面临较高且不均匀的应力分布环境,可采取锚杆联系链技术进行支护,目前该支护方法在现场试验中已达到预期效果。研究结果对于程潮铁矿下一步开拓工程施工有一定的指导意义。     

基于离散元的端部放矿矿岩运移规律研究

崩落法端部放矿矿岩直接接触,顶部、正面、侧面等多方面覆盖岩废石的混入是造成矿石贫化的主要原因,为了研究无底柱分段崩落法放矿过程中废石混入过程,对矿岩颗粒间的受力进行分析,基于离散元理论构建放矿数值模型,将模拟结果与现场实际放矿指标进行对比分析,验证了数值模拟的可靠性,模拟结果表明：矿石回采率达到85%时,总混岩率29.70%,其中正面废石占比92%,混入量最大；两侧废石混入占比7.4%,混入量次之；顶部废石混入0.86%,混入最少。矿岩放出体呈现出“上宽下窄”对称椭球体缺,放出体高度随放矿时间增大呈幂函数关系增大。放矿过程中,逐渐形成较为稳定的速度场及力场,矿岩颗粒发生运移和旋转,并伴随着力链不断的断裂与重组,在放矿口上方形成拱形放矿松动体。     

云锡松矿10-6矿体试验采场围岩物理力学参数研究

岩石（体）的物理参数和力学参数具有随机性和变异性的特点,当前对岩石（体）参数的研究主要是通过室内实验结合经验而确定的。在大量室内试验基础上,基于对工程岩石（体）参数概率分布规律的分析,研究了云锡松矿10-6矿体试验采场大理岩物理、力学参数的统计特征,研究表明：试验采场大理岩的物理、力学性质参数具有随机性和变异性,实验数据具有明显的统计规律性,因此,可以采用各参数概率分布规律确定试验采场较为合理的岩石（体）物理、力学参数,为确定合理的开采方式提供依据。     

空场法转崩落法开采时的矿柱回采及覆盖层形成技术

针对空场法转崩落法开采矿山需要解决的关键问题--开采衔接、矿柱回采与覆盖垫层形成方式,采用数值模拟分析了下告铁矿单采场最大安全暴露面积和应力分布规律,制定了分区、分次采用超长水平深孔,以排距3～4 m,孔底距4.5 m的爆破参数在下盘进行顶柱回采及强制放顶的回采工艺,实现了空场转崩落开采的高效顺利衔接。     

某铁矿采矿方法优选及采场结构参数优化

以某铁矿为工程实例,根据该矿的开采技术条件,初选了垂直深孔球状药包落矿阶段矿房法、阶段强制崩落法、无底柱分段崩落法三种初选方案。然后运用双基点决策理论选取相应的技术经济指标综合比对三种方案,确定最适合该矿的采矿方法。最后运用数值模拟方法对采场结构参数进行优化。研究结果表明,运用双基点法决策理论对采矿方法进行选择,能避免采矿方法选择的主观性,同时经现场实践证明所选取的采矿方法有效,采场结构参数合理。这些研究成果可供矿岩条件类似矿山借鉴使用。