非均匀充填采场上隔离矿柱安全回采关键参数研究

针对崩落采场和充填采场之间设置的水平隔离矿柱在后期回采中引发的安全问题,以大冶铁矿-170 m隔离矿柱为工程背景,基于弹性力学理论,考虑隔离矿柱下非均匀充填体影响,通过分析采场巷道底板应力应变特征,构建充填体上隔离矿柱分析模型,采用数值模拟的方法,研究充填体上巷道底板的位移分布,得出3种不同类型底板上巷道间距和巷道尺寸对采场稳定性的影响规律。综合考虑,建议隔离矿柱崩落开采巷道沿用当前工程3.6 m×3.2 m的巷道尺寸;巷道间距采用10 m时,巷道均可针对上分段脊部残留矿柱,回采率高,但需增加底板安全控制措施;采用15 m时,巷道均位于底部矿房或矿柱中间,相互影响小,支护成本低。为有效回采隔离矿柱,建议采用“3.6 m×3.2 m的巷道尺寸+10 m的巷道间距+二步骤采场矿柱顶、底部分段1∶4胶结充填”的回采方案。

多因素影响复杂空区群下残留矿柱回收模拟研究

对于有着断层切割、多矿脉等因素影响下的某钨矿Ⅰ号矿脉6~8线保安矿柱的回收问题,采用理论分析和数值计算分析了该矿山采空区的稳定性以及残留保安矿柱的回采可行性。在此基础上提出了3种残留矿柱回收方案并进行对比分析研究。研究结果表明:矿柱周边的采空区相对稳定,矿柱自身内部的应变能得到了释放,回收带来的地压灾害风险降低,其发生变位性破坏导致自身的整体刚度降低,矿柱控制地压活动的作用效应随之减弱,可以考虑对该矿柱进行安全回采。残留矿柱回采出矿后,被断层切割的残矿回采区与原左右两侧采空区之间的间柱应力集中更加明显,也出现了较大面积的剪切破坏塑性区,说明残矿回采时可能有剪切破坏的风险,而对保安矿柱两侧被断层影响的采空区进行部分充填可以有效地抑制应力集中现象,减弱边帮的松脱趋势,有效减小残矿回采区上、下盘沿断层滑移趋势,可以实现对残留保安矿柱安全经济的回收。

柿竹园多金属矿地采转露采期间矿柱回采方案研究

柿竹园多金属矿前期采用阶段空场法对矿房进行开采,但并未对采空区进行充填,矿房采完后对部分矿柱抽采,形成特大空区群,导致矿山的矿柱资源回采极其困难。为了能够安全高效地回采空区群内的矿柱资源,同时减少地下开采对露天开采的影响,先对矿山的矿柱分布范围、储量和品位进行了调查分析,再对矿柱的整体回采顺序以及间柱、顶底柱的回采方案进行了研究。研究发现空区群内的间柱、底柱采用无底柱分段崩落法回采,顶柱采用大直径深孔爆破并段回采方案最为合适。所提方案有效解决了柿竹园矿矿柱回采面临的问题,有助于矿山实现在不增加或少增加采空区的前提下维持矿山由地采过渡到露采期间不降低产能的目标。

基于拓展的Mathews稳定图法和数值模拟的采空区稳定性分析

某铅锌矿经多年开采遗留下一些未处理采空区,为进行后续开采,现需对采空区进行稳定性研究。通过拓展的Mathews稳定图法、FLAC3D数值模拟软件进行研究,并基于Mathews稳定图法分析暴露时间对采空区稳定性的影响。以矿山三个未处理采空区作为研究对象,利用RMR和Q′值进行岩体质量分级,根据获得的岩体力学参数,使用增加了稳定性等概率线的Mathews稳定图,计算出采空区顶板及上盘的稳定性及稳定概率;计算考虑暴露时间的采空区稳定性概率,进行比较;利用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行稳定性数值模拟分析,并与Mathews合成图得出的结果进行对比。结果表明:综合Mathews稳定图法和FLAC3D数值模拟,6204采空区顶板评价结果为不稳定,其他采空面均为稳定;随着暴露时间的增加,采空区稳定性随之降低,且对岩性较差的采空区有较大影响;拓展的Mathews稳定图法与数值模拟可以相互验证,综合分析采空区的稳定性。

基于HSCA静力破岩的金属矿山遗留矿柱安全低损回采试验研究

针对采用爆破破岩方式对金属矿山遗留矿柱进行回采存在安全性差与矿石损失率高的局限性,将具有无振动特征的高效静态破碎剂(High Range Static Cracking Agent,HSCA)引入遗留矿柱回采中。通过设计HSCA膨胀压应力测试试验与静力破岩试验,分析了HSCA径向膨胀压应力大小及其分布规律与水灰比的关系。分别从膨胀压应力分布特征、主裂纹定向控制方法与破岩时效性3个方面,论证了通过HSCA静力破岩实现金属矿山遗留矿柱安全低损回采的可行性。研究结果表明:当水灰比大于理论最优水灰比时,膨胀压应力随着水灰比的增大而减小。对于上向倾斜装药孔膨胀压应力沿孔底至孔口方向呈增大趋势,对于下向倾斜装药孔膨胀压应力则呈减小趋势。采用HSCA静力破岩对遗留矿柱进行回采,遗留矿柱主裂纹走向可通过对装药孔进行预切槽、增设诱导片或新增诱导孔等方式进行定向控制,进而有效降低非破岩区矿岩的再损伤。因此,对于不宜采用爆破破岩方式对遗留矿柱进行回采的区域,HSCA静力破岩不仅有利于保障遗留矿柱回采安全,而且可提高遗留矿柱回收率。研究成果可为进一步探索金属矿山遗留矿柱回采破岩新理论与新技术提供参考。

赋存于软弱围岩下残矿回采方案优选

通过对不同位置的残留锶矿矿体特点的深入分析,针对顶柱采用房柱空场嗣后充填法、间柱采用阶段空场嗣后充填法的方案进行了研究,以确保对稀有金属锶矿的安全高效回采。同时,结合数值计算,进一步优化了残矿回采方案。研究结果表明:采用预留0.5 m厚护顶矿层柱、1 m厚保安矿柱的回采方案,能够有效实现锶矿的安全高效回采;-150~-70 m中段除去护顶矿层后顶柱总可采储量10957 t,除去预留保安矿柱剩余间柱可采储量27930 t;房柱空场嗣后充填法对顶柱进行回采,其回收率约85%,利润约3000万元;阶段空场嗣后充填法对间柱进行回采,其回收率约80%,利润可达7000万元。通过合理配置顶柱和间柱的厚度既确保了矿体的稳定性又提高了回采的效率,极大地提高了经济效益。这一方案在解决软弱围岩下金属矿回采难题方面具有显著的借鉴意义。

多采空区干式充填与带式胶结充填力学性能数值模拟研究

针对某萤石矿多采空区的工程概况,采用充填法治理采空区过程中提出了带式胶结充填体结构,运用3DEC离散元软件进行数值模拟计算,以空场法下采场的力学性能为基准,对传统废石干式充填与带式胶结充填2种不同充填方式下采空区进行沉降位移场、塑性区、应力场分析。结果表明:空场法下5号矿房顶板与左侧间柱出现塑性区贯通现象,有顶板坍落,间柱溃倒的风险;传统废石干式充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区面积大幅减少,但是由于废石自身重力作用顶板沉降量增加了12%;带式胶结充填下5号矿房顶板与左侧间柱塑性区仅零星分布于受拉应力较大的临空面,顶板沉降量下降了4.33%,5号矿房上下盘收敛位移较空场法下降了12%。研究表明在不考虑充填成本的情况下,采用带式胶结充填治理多采空区,具有更优良的效果。

深井条形矿柱安全系数计算公式优化研究

随着我国矿山进入大规模深部开采阶段,越来越多的矿体开采面临高应力环境,这将导致开采扰动诱发的高应力破坏现象愈发显著,因此采场稳定性成为影响矿山生产的重要安全问题。矿柱作为主要承受上覆岩体自重应力与水平构造应力的结构,是矿房回采作业过程中最有可能发生破坏的部位,因此其宽度是采场设计的主要参数。为确定深部采场矿柱的合理宽度,开展深井条形矿柱安全系数计算公式优化研究,本研究提出了一种适用于深部矿柱强度修正经验公式。该公式通过引入Hoek-Brown准则,对原有强度折减经验系数K进行了确定,建立了K值的计算方法,并采用理论分析和数值模拟提出了适用于该矿区深部矿柱荷载值计算的修正经验公式,最终基于矿柱安全系数公式确定了某超深部矿山高阶段空场嗣后充填法的矿柱宽度。

采空区充填体原位采样与力学性能检测

为了解和掌握某大型钼矿采空区内充填体的力学性质,以不同采空区内的大体积充填体中采集样品为研究对象,采用岩土工程领域中的地质钻孔取样方式,借助企业现场实验室的设备开展各项性能检测,分析不同采场内充填体的强度与变形特征。结果表明:不同采场内充填体性质存在一定的差异,即使处于同一采场内不同部位的充填体,其性质有时也存在较大的差异。通过详细的现场地质调查与样品描述,及对835 m和795 m两个中段6个采场的45个充填体试件力学性能检测,6个采场2701^(#)、3107^(#)、3903^(#)、2304^(#)、2306^(#)、2702^(#)之中充填体试件的强度范围依次为:2.387~9.204 MPa、0.370~7.273 MPa、0.915~4.121 MPa、1.459~17.208 MPa、1.471~17.778 MPa、0.308~3.509 MPa,经过分析可知产生充填体性质差异的原因是多方面的,由于颗粒级配和矿物成分的空间分布随采空区工艺条件而发生了变化,造成了充填料浆沉缩和固结硬化过程也有所不同,同时充填胶凝材料的离析也对充填体的局部性质产生了较大影响。针对采空区内充填体性质分布不均匀的实际情况,为防止因开采爆破振动而产生充填体大面积垮落情况的发生,确保生产人员与采掘设备及井下构筑物免遭危害,在二步骤采矿过程中采取了分2~3个区段开采的方式,从现场观察的情况来看充填体完好率基本可以控制在85%~90%左右,从而最大限度地维持了充填体在整个开采过程中的完整性与稳定性。

铁多金属矿露天转地下开采隔离矿柱参数优化

矿体埋藏从浅部延伸至深部的资源,上部常采用露天开采方式,但随着浅部资源的逐渐耗竭,深部转向地下开采成为了必然趋势。在露天转地下开采过程中,存在一些挑战,其中之一就是如何优化隔离矿柱的设计,以确保上、下部开采安全、露天与地下开采的接续性和最大程度地提高资源回收率。本文旨在研究露天转地下开采中,隔离矿柱优化方法和技术,为类似矿山安全、平稳实现露天转地下生产提供参考。

高密度电阻率法在某锑矿盲采空区勘查中的应用

针对非煤地下矿山前期无序开采遗留盲采空区地质资料不全、采空区位置及空间形态等难以确定这一技术难题,选取某锑矿为研究对象,采用高密度电阻率法为技术手段,在该锑矿+325m中段以上进行盲采空区勘查试验研究。研究结果表明:将盲采空区特点及现有地质资料和高密度电阻率法反演推断结果相结合,可较为准确的识别采空区异常;根据地形地质和水文地质资料,勘查区地形坡度大,岩层产状陡、裂隙发育,+325m标高以上很少积水,与地球物理推断采空区异常电阻率特征反映一致。本次研究最终推断16个采空区异常,投影各异常平面面积总计9856m^(2),采空区体积估算约73382m^(3),其中无积水未填充采空区体积约50121m^(3)。本次研究可为存在类似采空区的矿山提供一定技术参考。

准格尔地区煤矿采空塌陷地质灾害成因分析及防治措施

以准格尔地区煤矿采空塌陷地质灾害为研究对象,通过野外地质调查、理论计算等手段对准格尔煤田采空塌陷地质灾害危害程度进行了分析论述。着重研究了准格尔地区地表采空塌陷形成原因、分析了采空塌陷地质灾害危害程度,总结了当地一些应对采空塌陷的处理措施,希望能够对处理该地区煤矿采空地表塌陷问题有所帮助。

金属矿山降低矿石损失和贫化提高回采率的探讨

金属矿山作为支撑国家经济建设和发展的重要基础产业,其开采效率和资源利用率一直是行业关注的重点。本文围绕金属矿山降低矿石损失和贫化、提高回采率的问题进行了深入探讨。首先,分析了当前金属矿山开采过程中矿石损失和贫化的主要原因。接着,从采矿方法、设备更新、管理优化和技术创新等多个方面提出了降低矿石损失和贫化、提高回采率的策略,以期为金属矿山提高资源利用率、降低生产成本、增强企业竞争力提供理论支持和实践指导。

天马山硫金矿矿柱回采技术条件研究

为了提高矿产资源的采出率、解决矿山资源紧张与接续问题,对天马山硫金矿在开采过程中留设的主要矿柱-135m中段14m厚水平矿柱、38A线以北-175m中段14m厚水平矿柱、-215m中段14m后水平矿柱、38A线12m厚垂直矿柱进行合理安全回采规划研究。考虑各矿柱回采可行性、回采先后顺序及可回采条件等问题,根据岩体及矿柱应力场分析,针对部分矿柱结构复杂,且涉及到多中段、大范围采空区的稳定性问题,从矿柱周边的采空区及矿柱本身稳定性出发,研究矿柱回采条件,分析在不同条件下回采所面临的关键问题,再依据可回采条件下确定最优的回采环境再造方案。

高阶段大跨度柱状采空区群低成本充填治理方案研究

遂昌金矿1号铅锌矿体成矿于燕山晚期,产于隐爆火山岩中,属小型隐爆岩型(硫)铅锌矿体,为一近似直立的烟囱状结构。多年来,1号铅锌矿体一直采用分段空场法开采,产生了阶段高度达80 m、最大暴露面积超过2000 m^(2)、总体积近11.4万m^(3)的高阶段大跨度柱状采空区群,极易产生冒顶片帮和失稳坍塌现象,进而诱发大规模的地压灾害,引发地表沉降及塌陷危及深部未采矿体的回采作业安全。通过开采技术条件分析、资源禀赋情况调查、采空区稳定性评价及可利用旧措施工程勘察,提出了适用于1号铅锌矿体高阶段大跨度柱状采空区群的低成本充填治理方案,并进行了充填配比参数优化、材料消耗计算、管路线路设计、管道选型与阻力计算、封堵挡墙构筑方案设计。遂昌金矿高阶段大跨度柱状采空区群的充填治理不仅可产生明显的经济效益和环境效益,还为国内外复杂采空区群的安全治理提供了借鉴。

三贵口铅锌矿矿柱回收对地表沉陷影响研究

针对乌拉特后旗紫金三贵口铅锌矿现场工程地质条件、矿柱形态及分布,以及现存采空区整体稳定性评价结果,采场内遗留的部分矿柱具备回收条件。为明确630 m及以上中段矿柱回收对地表变形产生的影响,对地表沉陷规律和岩层移动范围进行预测分析,并评价相关采矿活动可能产生的影响。本文研究了基于随机介质理论的概率积分法对矿柱回收地表移动及沉陷进行理论计算分析,采用三维采空区扫描建立精细化的采空区和矿柱模型,并利用FLAC3D数值模拟软件系统研究矿柱回收对地表沉陷的影响。研究结果表明,回采安全等级为I级的矿柱回收方案,理论计算和数值模拟结果中的地表最大下沉量和水平移动值基本一致,且二者所确定的地表影响范围和沉陷分布规律也基本一致,主要集中在矿柱及采空区密集区域;同时,地表最大倾斜远小于1 mm/m、最大曲率远小于0.05 mm/m^(2)、最大水平变形远小于1 mm/m,表明矿柱回采后地表变形沉陷处于安全范围之内,不会因矿柱回收产生较大的地表变形沉陷而造成地表塌陷等灾害,研究结果为矿山后续开采提供了理论支撑。

矿柱回采对空区稳定性影响分析

针对矿柱回收后形成的空区是否稳定,是否对周边主要构(建)构物产生影响的问题。本文通过单轴压缩试验、巴西劈裂试验、三轴压缩实验、纵波波速试验确认空区周边岩石性质,并在此基础上通过采用Madis岩土分析软件进行模型建立和网格划分,采用FLAC3D有限元软件进行数值模拟运算,通过计算该区域矿柱回采后空区是否稳定,能够较好的验证了该项目矿柱回采方案可行性。同时,本文中相关模型及计算结果皆可作为相关矿柱回采的理论借鉴。

硬岩矿床组合型井筒保安矿柱圈定与压覆资源回采技术

为合理留设硬岩矿床充填开采时的井筒保安矿柱尺寸,考虑硬质围岩的岩体质量等级和自身抗变形、抗破坏能力,在常规岩层移动角圈定方法的基础上提出了组合型井筒保安矿柱留设方案。以山东某铁矿东主井压覆资源开采为研究背景,通过现场调查与岩石力学试验开展了工程地质分区与岩体质量等级评价,根据分级结果将-250 m水平以上的Ⅱ~Ⅳ级围岩按岩层移动角圈定台体状井筒保安矿柱,-250 m水平以下Ⅱ级硬质围岩按极限距离80 m圈定圆柱形保安矿柱,同时设计了两种井筒压覆资源开采方案,即浅孔留矿法嗣后充填开采与上向水平分层充填开采。研究表明:上向水平分层充填开采对应的井筒内壁变形量为浅孔留矿法嗣后充填开采的80%,但两种开采方案引起的井筒变形均未超过安全标准。所提出的上向水平分层充填开采方案与组合型井筒保安矿柱留设法在该矿山得到了成功应用,回收矿量约400万t,可为其他类似矿山的井筒压覆资源开采提供借鉴。

石人沟铁矿采空区分段充填治理方案研究与应用

石人沟铁矿开采M2矿体期间因下部民采空区突然冒透-210 m水平,形成埋深大、规模大、不规则且位于主要生产区域的M2主空区。空区形态三维探测结果表明,空区活动剧烈,顶板和周边围岩边界不断扩展,严重威胁了矿山安全生产。根据石人沟空区特征和生产现状,提出了4个区段的分段胶结充填治理方案,通过室内充填料浆在冒落散体中的渗流特性及散体胶结充填体的强度特性实验,确定了充填料浆的浓度为68%,底部充填区段料浆灰砂比为1∶4,-270 m~-165 m水平充填料浆灰砂比为1∶8,顶部充填灰砂比为1∶12的充填技术参数。并利用3DEC模拟了分段充填后顶部围岩冒落范围的变化情况,结果表明,充填能够有效控制空区顶板和周边围岩的冒落和扩展,至少要充填至-210 m水平,才能保证相邻矿体探采的安全性。经过2个阶段的充填后,空区的冒落活动明显降低,只存在-165 m水平以上的小范围零星冒落,空区充填效果显著。

多中段空区稳定性分析及间柱回采顺序优选

以甘肃某铅锌矿为工程背景,针对矿山复杂条件下多中段采空区中遗留大量高品位的矿柱,如何安全高效回采残矿已成为提高矿山安全和经济效益的重要因素,通过对回采方案及复杂采空区的稳定性进行分析,探究最佳矿柱回采方案和回采顺序。根据研究区域的矿柱数量,对中段间、中段内开采顺序及方向进行组合,最终得出14个方案,并通过选取矿山的矿岩样品和尾砂,进行岩石室内力学参数试验,得出相应力学参数,并根据井下实际情况建立FLAC^(3D)模型。将折减后的岩体力学参数带入FLAC^(3D)数值模拟软件中,从应力、位移和塑性区等方面分析采区的稳定性,从而优选出中段自下而上、中段内采取隔一采一、由中间向两翼回采的方案。