崩落法回采工艺的应力变形特征及权重优选研究

无底柱分段崩落法是金属矿山地下开采中最重要的采矿方法之一,与其他采矿方法相比在空间上具有特殊的结构形式。在实际生产中,由于其所具备的空间结构特殊性,导致其以不同的回采顺序开采矿石时对采场的稳定性影响很大。同时在矿石回采过程中,采场极易形成应力集中的现象,不利于采场的稳定。为此,本文采用FLAC3D数值模拟技术对无底柱分段崩落法经常采用的3种不同回采顺序（各回采进路同时回采、呈“凸”字形回采和阶梯状回采）进行数值研究,研究在3种不同回采顺序下,采场围岩的应力及变形特征,而后将模拟结果通过AHP方法构造判断矩阵进行权重分析。通过大量计算最终得出：无底柱分段崩落法首采阶段覆盖层尚未形成时,应采用“凸”字形阶段状回采顺序;其他分段应采用各进路同时回采的顺序对矿体进行开采,以最大的限度维持采场的稳定性。     

金川二矿区采场巷道围岩与充填体收敛变形监测研究

金川二矿区深部开采过程中采场围岩及充填体的稳定性是二期安全生产中的关键技术问题.随着开采深度的增加,采场面积扩展和地压增大,采场围岩及充填体潜在着严重的屈服破坏和整体失稳的可能.为了进行采场及充填体稳定性预测,金川矿区对此进行了多种手段和全方位的变形监测.收敛监测是其主要监测手段之一.简要介绍了巷道收敛监测网布设、监测方案以及监测结果,并给出了监测所获得的一些结论.     

爆破回采对某金属矿深部采场围岩稳定性的影响

深部岩体处于高地应力、高温、高孔隙压力的环境。这使深部岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生根本性变化,也导致深部开采中灾变事故的出现。为了控制深部采场回采过程中的某金属矿深部采场的围岩稳定性,也为改善深部开采采矿技术经济指标,结合实际利用有限元程序,对某矿爆破回采过程进行数值模拟,分析采场顶板和间柱的应力场、位移场和塑性区,爆破作用对顶板和间柱造成的损伤作用。研究表明,采场经过爆破回采作业后,水平及竖直向应力场的区域及位移场的区域并没有发生明显改变,只是在数值上有所增加。但塑性区发生明显变化。分析结果对采场的稳定性研究及地表沉降研究提供了参考。     

南京银茂铅锌矿区采场开挖稳定性分析

利用有限元程序,模拟了采场回采过程,分析了采场围岩的稳定性,采场顶板和间柱的应力场、位移场和塑性区。从总体上看,采场的拉应力主要集中在开挖面的顶板中央部分,随着开挖高度的增加,拉应力越来越大,应力场中拉应力的分布面积也越来越广。矿柱上存在高应力集中,对采场的整体稳定性有很大影响,部分岩体变形严重,会出现冒顶现象。由于充填体材料易屈服,在与矿柱接触时,为了限制矿柱的变形,出现了大片的塑性区,对整个采场的稳定影响较小。     

完全充填开采下地表变形特征分析及现状评价EI北大核心CSCD

地下金属矿山充填开采往往被认为是控制覆岩移动和保护地表的有效方法之一。为了对桃花嘴金矿10线以西-270^-570 m多中段8 a来完全胶结充填开采下上覆地表变形特征及现状做出合理的分析评价,建立采场安全现状AHP-Fuzzy评价模型和"采场→覆岩及地表"安全分析模式,按照8 a的历史回采顺序模拟分析区域采–充全过程,并将理论分析结果与矿山近2 a的地表沉降观测数据进行对比分析。结果表明:(1)完全胶结充填开采的25个采场中有22个安全现状属II级较好,11个评价因子中矿体赋存条件、采矿方法以及距离主副井位置对采场及区域安全现状影响相对最为显著;(2)充填开采岩移区域可分为"相对明显扰动区域"和"微扰动区域",覆岩中相对明显扰动区域会形成一定高度的"自然岩移拱",其三维空间形态为近似椭球体,当充填开采达到一定深度时该椭球体对上覆地表影响是微弱的,而微扰动区域则会形成"微沉降盆地",开采区域上覆地表由2014年前的未扰动状态逐渐转变为0.5~1 mm微扰动状态,充填开采时间效应对地表安全影响微小;(3)上覆地表布置的3个闭合环线中的各观测点沉降量整体分别沿着0,-3,-6 mm水平线上下稳定波动,观测过程中沉降量均未超过允许变形值。理论分析与实际观测结果基本一致,地表安全现状总体良好。分析成果对矿山安全生产具有指导意义,同时可为类似充填矿山岩移分析提供借鉴。     

完全充填开采下地表变形特征分析及现状评价

地下金属矿山充填开采往往被认为是控制覆岩移动和保护地表的有效方法之一。为了对桃花嘴金矿10线以西-270~-570 m多中段8 a来完全胶结充填开采下上覆地表变形特征及现状做出合理的分析评价,建立采场安全现状AHP-Fuzzy评价模型和"采场→覆岩及地表"安全分析模式,按照8 a的历史回采顺序模拟分析区域采–充全过程,并将理论分析结果与矿山近2 a的地表沉降观测数据进行对比分析。结果表明:(1)完全胶结充填开采的25个采场中有22个安全现状属II级较好,11个评价因子中矿体赋存条件、采矿方法以及距离主副井位置对采场及区域安全现状影响相对最为显著;(2)充填开采岩移区域可分为"相对明显扰动区域"和"微扰动区域",覆岩中相对明显扰动区域会形成一定高度的"自然岩移拱",其三维空间形态为近似椭球体,当充填开采达到一定深度时该椭球体对上覆地表影响是微弱的,而微扰动区域则会形成"微沉降盆地",开采区域上覆地表由2014年前的未扰动状态逐渐转变为0.5~1 mm微扰动状态,充填开采时间效应对地表安全影响微小;(3)上覆地表布置的3个闭合环线中的各观测点沉降量整体分别沿着0,-3,-6 mm水平线上下稳定波动,观测过程中沉降量均未超过允许变形值。理论分析与实际观测结果基本一致,地表安全现状总体良好。分析成果对矿山安全生产具有指导意义,同时可为类似充填矿山岩移分析提供借鉴。     

缓倾斜薄矿体采场顶板沉降观测及其安全预报

锡矿山锑矿童家院矿床的Ⅰ号矿体为顶板不稳固的缓倾斜薄矿体,目前采用锚杆护顶尾矿似膏体胶结充填法开采,采场回采过程中顶板不留矿石护顶层,采用锚杆支护,回采结束后及时充填处理采空区。同时,采用各种仪器设备对采场顶板进行沉降观测与安全预报,最大限度地降低了矿石损失、贫化,提高了回采率,保证了采场顶板的安全,提高了矿山开采经济效益。     

黄土-废石胶结充填体抗压强度试验研究

宝山矿2^#砂页岩矿体采用黄土-废石胶结充填法回采。为了确定其合适的配合比,采用RMT-150B岩石力学试验机对七种配合比的黄土-废石胶结充填体的标准试样进行了抗压强度测试,利用测试结果选择C组配合比的黄土-废石胶结充填体应用于该矿工业性试验采场进行充填,并对该试验采场的充填体进行了应力测试。研究结果表明:黄土-废石胶结充填体的破坏过程分为五个破坏阶段;黄土-废石胶结充填体的强度随黄土加入量的增加而减小,随水泥加入量的增加而增加;初期强度随水泥加入量的增加而提高;选用C组配合比的黄土-废石胶结充填体充填试验采场的应力为2.25 MPa,其龄期为60 d时为原岩体的抗压强度的47.4%,满足该矿对充填体强度的要求;研究成果为其它采场选用合适的胶结充填体的配合比提供了依据。     

基于混沌优化的高阶段充填体可靠性分析

对高阶段充填体进行了力学分析,推导了分层充填力学计算公式,用可靠性理论研究了高阶段充填体稳定性。考虑高阶段充填体可靠性分析的状态函数求导困难,提出了基于混沌优化的可靠性计算方法,为工程中复杂函数计算可靠性指标提供了一种新的方法。高阶段充填体力学研究表明:缩短采场长度和增大采场宽度有利于充填体稳定性和降低充填成本。为了评价高阶段充填体稳定性,分别在实验室配制充填料浆和采场取样试验了尾砂胶结充填体强度,分析了采场原位充填体强度与实验室试验强度的差异。研究认为:采用实验室力学参数进行充填设计,最小设计安全系数为1.6～1.8,最小可靠性指标为1.8～2.0比较合理。用本文方法对安庆铜矿3号高阶段采场充填体进行了可靠性分析,并评价了充填设计的可行性。     

密实充填矿压显现时空演化规律研究

建立和分析密实充填矿压显现时空演化力学模型,运用相似材料模拟方法研究充填开采条件下的采场矿压显现时空演化规律,并以邢台某矿充填实践为工程实例进行分析验证。研究结果表明:顶板下沉活跃期间,充填体受力与充填步距和推进时间呈正相关;在充填开采物理模拟中,顶板测点应力普遍经历了应力升高-急剧卸压-缓慢升压再到稳定的过程,且工作面前方顶板应力峰值和煤柱受力随着充填步距的增加而增大;充填体受力随着工作面推进而不断增加至趋于稳定,稳定后的顶板应力和充填体受力均小于原岩应力;停采后静置阶段,随着时间增长,充填区顶板依然存在缓慢下沉现象。某矿充填实测结果显示距离切眼15和40 m处的充填体压力为3.5和5.5 MPa,且顶板下沉和覆岩离层在工作面推进过程中均随着充填距离的增加和充填时间的推移表现出了规律性变化。     

Stability analysis of large-scale stope using stage subsequent filling mining method in Sijiaying iron mine

To improve mining production capacity, a stage subsequent filling mining(SSFM) method is employed for Sijiaying iron mine. The height of the stage stope is approximately 100 m. As there are farmlands and villages on the surface of the mine, the surface deformation should be controlled when the ore is mined out for the purpose of stope stability and minimizing surface subsidence. In this paper, according to the site-specificgeological conditions, the self-stability of the stagefi lling body was analyzed, and the failure mechanism of back filling body was defined. Thus the relationship between the exposed height of filling body and the required strength was obtained. Next, the stability of back filling body and the characteristics of surface subsidence due to mining of 450 m level were analyzed using physical modeling.Finally, a three-dimensional numerical model was established using FLAC3 D, with which the surface subsidence and the stability of stope were achieved. The results show that the stope basically remains stable during the two-step recovery process. The maximum magnitude of the incline is 10.99 mm/m, a little larger than the permissible value of 10 mm/m, and the horizontal deformation is 5.9 mm/m,approaching the critical value of 6.0 mm/m, suggesting that the mine design is feasible for safety mining.     

Experimental research on strata movement characteristics of backfill–strip mining using similar material modeling

In consideration of the high filling costs and backfill material shortage at present, backfill–strip mining, which combines the advantages of strip mining and backfill mining, has gradually been adopted to control surface subsidence. In this study, similar material modeling is established to simulate strata movement characteristics of backfill–strip mining. The displacement and deformation values of this similar material modeling are precisely acquired through close-range photogrammetry and optical image methods, respectively. On this basis, structural and movement characteristics of the overlying strata are investigated in different stages to reveal the strata subsidence control mechanism of backfill–strip mining. The dynamic deformation characteristics of the overlying strata in mining are also explored. This study provides a scientific technical reference for safe mining engineering design and surface disaster protection for backfill–strip mining.

     

下向分层胶结充填采场失稳机理及顶板垮塌模式研究

以某矿下向分层胶结充填法采场发生大面积失稳事故为工程背景,通过分析地表及井下工程破坏情况得出采场顶板发生了“下部充填体散体冒落+上部充填体及覆岩整体陷落”的复合垮塌模式,并进行了理论计算验证。数值模拟研究结果表明,随着采场中采空进路数量的增加,各间柱上的垂向压力不断叠加,若有一个间柱因承压达到极限而失稳,压力便向周边间柱转移导致其他间柱失稳,进而引发“多米诺效应”式的间柱连锁失稳现象,空区顶板在拉应力作用下发生散块冒落,空区边缘部位在集中剪应力作用下发生整体剪切滑落,最终发生直通地表的大规模垮塌事件。结合矿山实际生产问题,提出了一系列采场失稳风险防控措施,可为类似矿山提供借鉴。     

新城金矿Ⅴ号矿体-580m采场开采方式优化研究

根据矿区实测的地应力场和工程地质条件,结合矿山的实际生产情况,采用FLAC3D软件对Ⅴ号矿体-580 m中段采场进行了数值模拟计算,对提出的3种开采方案进行比较,并通过分析开采过程中围岩和充填体的应力,变形及破坏情况,获得了最佳开采优化方案,以期指导类似工程施工。     

杨庄煤矿建下保护煤柱开采影响分析

结合杨庄煤矿364采区Ⅲ642工作面建下保护煤柱开采实例,就充填开采和不充填开采两种方案进行地表下沉的计算分析,并对地表移动和变形参数的合理选取作了总结,结果表明:用充填巷式开采法对建下保护煤柱进行开采取得了较好效果。     

Elastoplastic stability analysis of mine haulage drift in the vicinity of mined stopes

This paper is focused on the interaction between the haulage drift and nearby mining activity related to sublevel stoping method with delayed backfill, one of the most popular mining methods in Canadian underground metal mines. The stability of the haulage drift is examined through a detailed parametric study of a nonlinear, elastoplastic, two-dimensional finite element model representing typical mining layout most commonly adopted in Canadian underground metal mines. The model parametric study examines the influence of critical factors such as the stope mining sequence, mining depth and the distance between the stope and the haulage drift. Stability indicators are defined in terms of displacement, stress and the extent of yield zones, which serve as a basis for assessing the effect of different parameters on the stability of the haulage drift. The model parametric study demonstrates that stope mining causes a footwall lateral shift of the entire drift. The severity of such shift is increased with shorter distance between the stope and haulage drift. Of all mining excavations examined, same-level mining appears to be the most critical. It is also found that more stress relaxation zones and yield zones develop around the haulage drift as the mining depth increases and as distance between haulage drift and the stope decreases.     

矸石充填整体置换“三下”煤柱引起的岩层移动与二次稳定理论

 根据条带开采特点,针对矸石充填整体置换“三下”煤柱引起的二次岩层移动等问题,首先简述煤柱开采与矸石充填过程,并分析二次岩层移动机制及特征,认为二次岩层移动是由矸石充填支撑体和承重岩层的共同压缩引起的,上覆岩层形成的弯曲带层面为波浪型下沉曲层;然后,根据充填支撑体的实际受力大小和极限强度,采用弹塑性力学及相关理论,推导“承重岩层+矸石充填体”承载体的二次稳定条件、安全系数、极限状态下的软化区宽度以及承载核区宽度的解析式,并给出矸石充填体压缩量w1和上覆承重岩层二次压缩量w2的计算公式,提出二次岩层移动下沉总量计算方法。宝源煤矿的实例计算表明“承重岩层+矸石充填体”承载体的安全系数Fs = 1.36,处于稳定状态;“承重岩层+矸石充填体”承载体总压缩量w = 0.833 m,矸石支撑体抵抗着较高的应力,维护着上覆岩层结构的二次稳定;数值分析表明,采空区上方应力得到充分释放,充填支撑体上方垂直应力呈马鞍形分布,承重岩层最大下沉位移平均值为0.801 m左右,接近理论计算值。