水砂—胶结充填隔离矿柱稳定性及宽度研究

某嗣后充填矿山前期水砂充填泌水效果不佳,充填体富水,随着水砂充填区域增大,开采过程中顶板及上盘稳定性变差,为改善开采安全状态,改用胶结充填,水砂充填区与胶结充填区之间的隔离矿柱是保证未来采矿安全的关键。构建了侧壁承压倾斜矿柱理论分析模型,并采用FLAC3D数值模拟软件对10~15 m宽度水砂—胶结充填隔离矿柱和不同水砂充填体静水压力梯度进行了研究。研究表明:①开采扰动会使隔离矿柱内形成应力集中,且未凝固的水砂充填体会进一步增加矿柱内最大主应力;②矿柱内部应力重分布及水砂充填体水平压力使得矿柱水平变形增加,逐步产生破坏形成塑性区,10~13 m的隔离矿柱不足以保障充填体含水工况下的采场稳定性;③考虑到爆破扰动的影响,在现有富水充填情况下,建议隔离矿柱宽度为15 m;④隔离矿柱宽度15 m时,随着静水压力梯度增加,矿柱内部最大主应力和水平变形会有所增长,但塑性区未发生明显增加,15 m宽的隔离矿柱可以保障后续开采安全。

基于单元安全度理论的采场隔离矿柱厚度优化

为了研究西北某铜锌矿开采由崩落法向充填法过渡时采场预留隔离矿柱厚度对开采作业的影响,根据矿区开采现状以及工程地质条件,设计6种隔离矿柱厚度方案,通过3Dmine-Rhinoceros建立三维数值模型,并引入安全系数概念与单元安全度理论,运用FLAC^(3D)对上部中段采空区未充填条件下210 m中段3个连续矿房间隔开采过程进行模拟计算,研究分析了不同方案下矿山开采后隔离矿柱的顶板沉降位移、安全系数以及单元安全度变化。结果表明,当隔离矿柱厚度大于12 m时,能够满足过渡阶段采场留设层的稳定性要求。因此,建议留设厚度不小于12 m的隔离矿柱。

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。

露天转地下矿山崩落法转充填法开采隔离矿柱优化

攀西某铁矿露天转地下矿山开采使用无底柱分段崩落法,导致地表变形、塌陷与边坡滑塌等系列问题,为保护地表设施,需要将崩落法开采变更为充填法开采。两种采矿方法间合理的隔离矿柱结构与参数是无底柱分段崩落法向空场嗣后充填法转换的关键问题之一。以该铁矿为背景,采用模糊层次分析方法,确定了其崩落法转充填法开采合理隔离矿柱工程的布置形式,采用理论计算确定了其合理结构参数,并用数值分析方法验证结果可靠性。研究成果可作为该矿隔离矿柱设计的依据,对相似矿山也具有推广应用价值。

某矿山铁矿体预留隔离矿柱厚度论证方法研究

某矿山铁矿体280 m标高以上采用两步骤分段空场嗣后充填法进行回采,为确保下部矿体开采安全,需暂时预留一定厚度的隔离矿柱和下部采场进行隔离,为确保矿柱取值厚度安全合理,采用近似结构力学法对预留隔离矿柱进行上覆荷载、抗弯、抗剪强度、厚度验算。结果表明:在上覆荷载2980000 N/m的情况下,当隔离矿柱厚度取值为7.3 m时可同时满足抗弯和抗剪要求,实际生产应用留设10 m隔离矿柱>7.3 m,验证了该隔离矿柱厚度取值是安全合理的,本方法也可作为顶板稳定性的评价以及隔离顶柱厚度取值的自主论证参考依据。

隔离矿柱参数优化与监测分析

针对李官集铁矿-320m中段采区水平隔离矿柱设计厚度过大造成资源浪费问题,采用理论计算与数值模拟方法对隔离矿柱进行了参数优化,最终推荐厚度不低于23m。为监测隔离矿柱在开采中的稳定性,矿山在-320m中段建立了一套地压监测系统。应力与位移监测结果显示,监测时段该隔离矿柱上方各测点岩体无大范围应力集中和明显变形,整体处于稳定状态。局部区域因地质构造出现小范围喷层开裂,但尚未达到影响稳定性的破坏尺度,后续可根据监测数据适时调整隔离矿柱参数。

基于点安全度法的采场隔离矿柱稳定性分析

崩落法开采会引起地表塌陷,在国家对于矿山安全和环保监管日益严格的背景下,应用充填法开采的矿山越来越多,许多矿山已开始由崩落法向充填法转型。为保证开采安全,在崩落法和充填法开采范围间需设置隔离矿柱,确保二者互不干扰。隔离矿柱的稳定性受影响因素较多,通过数值模拟手段,基于点安全度法,对隔离矿柱的安全性进行了分析,提出了隔离矿柱尺寸。研究结果可为类似矿山矿柱留设方式提供一定的参考。

崩落岩石侧压力作用下隔离矿柱宽度研究

为确定在崩落岩石侧压力作用下隔离矿柱的宽度,采用FLAC3D模拟计算了5种不同宽度隔离矿柱的稳定性。结果表明:在侧压力作用下,隔离矿柱底部位置有明显的应力集中,空区侧的拉应力和水平位移明显大于二步骤矿柱;隔离矿柱的应力和水平位移随着宽度的增加而减小,确保隔离矿柱稳定的临界宽度为15 m。考虑受地质因素和爆破振动的影响,推荐矿山留设隔离矿柱宽度为20 m。

采空区群失稳模型构建及隔离矿柱安全厚度研究

许多金属矿山存在采空区群安全隐患。基于CMS对某矿山的采空区群开展定期探测,形成动态监测机制,精确获取采空区群三维边界;研究构建空区群连锁式失稳模型:基于突变理论分析方法,构建了采空区顶板-隔离矿柱力学模型,提出隔离矿柱失稳的判据,计算合理的隔离矿柱安全厚度,阻断空区群连锁失稳过程。运用数值模拟验证了计算结果的合理性。研究表明通过精确控制隔离矿柱的安全厚度,可有效阻断空区群连锁失稳导致的工程灾害;计算结果为下一步资源回采方案提供了设计参考。

桓仁铅锌矿隔离矿柱留设方案模拟研究

桓仁铅锌矿地表不允许崩落。由于诸多因素,在矿井下形成了大量的采空区,而采空区的下部还赋存大量矿体急需开采。为了避免采空区塌陷引起的冲击地压带来的安全隐患,满足矿山生产需要,采用留设隔离矿柱方法来隔离上部采空区,避免冲击地压作用。应用FLAC3D程序,通过研究隔离矿柱留设位置、隔离矿柱厚度等因素,分析了留设隔离矿柱对整个采空区应力分布的影响及矿柱自身稳定程度。研究表明,在向阳坑-630水平留设14 m厚的隔离矿柱可以有效缓解应力集中程度及分散地压分布,继而能够保证后续深部矿体安全高效开采。

矿山隔离矿柱回采稳定性分析及开采方案研究

冬瓜山铜矿在进行完大规模1步骤矿房回采和2步骤矿柱回采后,形成了大量的采空区和充填采场,致使岩体应力分布十分复杂,盘区隔离矿柱的回采条件已发生根本性改变。通过对开采状态的调研分析,以52-54线隔离矿柱为例,提出了2种隔离矿柱回采方案,从开采难度、矿石回收率、采切工程量等方面进行了对比分析,并结合数值模拟软件FLAC3D对2种矿柱回采方案进行了模拟。模拟分析显示:方案1隔离矿柱在回采过程中侧壁出现了较大的位移,容易形成侧壁垮塌,并且其塑性区面积较大;方案2在隔离矿柱回采后,采场侧壁位移很小,对于在回采过程中出现的应力集中区域,减小矿房跨度,避免矿壁受到进一步破坏,回采作业对围岩的影响最小。通过综合比较,认为方案2较为合理,为可行性较高的方案。

基于综合指数法的深部开采隔离矿柱失稳危险性评价

从自然条件和人为影响两个方面系统分析了影响隔离矿柱失稳危险状态的因素和相应指数,基于综合指数法得到隔离矿柱失稳危险的指数计算公式和评价指数。根据失稳危险评价指数将失稳危险划分为5级:无失稳、弱失稳、中等失稳、强失稳和极端失稳破坏危险,对应不同的危险等级采取不同的防治措施。通过谦比希铜矿主矿体生产实例对该评价方法进行了验证,表明所建立的评价体系和相应的评价结果与矿山实际开采情况基本一致,可将其应用于深部开采隔离矿柱的失稳危险性评价中。

深部开采过程中隔离矿柱承载机理及厚度优化

深部开采是未来矿产资源开采的必然趋势。深部开采过程中高地应力极易诱发岩爆、大变形、大体积塌方等工程灾害。浅部开采形成了大量采空区、甚至地表塌陷等严重影响着深部资源安全开采。以某铅锌矿浅部开采存在大量采空区、地表已经出现塌陷以及深部存在大量矿体为背景,提出在采空区下方预留原岩隔离矿柱来隔离浅部与深部开采,保证深部采矿方法转换,实现深部资源安全开采。借助理论分析、数值模拟,开展原岩矿柱厚度计算,结果表明25 m厚的原岩隔离矿柱满足安全需求。通过相似材料物理仿真实验和利用梯度加载的方式,实现原岩隔离矿柱作用机制分析,揭示了原岩隔离矿柱承载作用。研究成果可以为类似矿山深部矿体安全高效开采提供有益的借鉴。

隔离矿柱巷道围岩松动圈分布规律的测试

诸多经验表明,深部巷道的松动圈的分布特点将对支护设计有重要影响。为确定我国华东某铜矿山隔离矿柱回采时,充填体下新开挖的出矿巷道所需预留的顶板厚度及其支护方式,需要了解巷道周边松动带的范围,确定巷道围岩的不稳定区域。通过对松动圈理论及影响松动圈范围因素的研究,制定合理的松动圈测试方案,利用RSM-SY5声波仪对矿山隔离矿柱巷道围岩进行松动圈现场测试,并对测试结果进行分析,得出沿孔深方向的波速变化曲线(即VP-L曲线)及巷道围岩松动圈范围的截面图;根据松动圈支护理论及松动圈测试结果,对矿山隔离矿柱巷道围岩稳定情况进行研究及分析,并给出支护建议。实践表明,松动圈测试作为岩石内部变形的监测手段,能够全面且真实地反映矿山巷道的破坏情况及其随着回采过程的破坏趋势,可为评价巷道稳定及巷道变形支护提供科学的指导。

大直径深孔阶段空场嗣后充填法隔离矿柱合理间距研究

基于安徽某铜矿大直径深孔阶段空场嗣后充填法开采技术条件,根据矿柱安全系数公式计算出隔离矿柱合理宽度为20 m左右,运用材料力学简支梁平衡理论分析计算了隔离矿柱合理间距为60-65 m。以理论计算值为依据,数值模拟中采用3种方案分析不同隔离矿柱间距参数下矿岩的应力和位移变化规律。研究结果表明：当隔离矿柱宽度为20 m时,矿体开挖后在采场顶底板表现为拉应力状态,在隔离矿柱处表现为压应力状态,且应力和位移随着隔离矿柱间距的增大而增大,尤其是当隔离矿柱间距为70 m时,采场应力和位移明显增大,矿柱剪切破坏的程度加大,且顶板安全率小于1,因此间距为65 m时是较为合理的,计算结果符合矿山实际。

隔离矿柱回采稳定性影响因素的正交试验分析

通过分析隔离矿柱在回采过程中的影响因素,结合工程实际,选取了隔离矿柱矿房侧壁的回采高度(A)、侧壁厚度(B)、采场长度(C)、采场宽度(D)、是否采一充一(E)和第二步骤充填是否采用全尾砂胶结充填(F)6个影响因素,每个影响因素取2个水平,选用L8(27)正交表,确定了8个模拟试验方案。建立了隔离矿柱回采模型,对隔离矿柱开挖之前的应力分布进行反演分析,运用FLAC3D数值模拟软件对正交试验方案进行开挖模拟运算,分析了各个方案隔离矿柱回采之后的应力分布情况及其位移变化,得出模拟结果。分析结果显示:A、B、C、D、E、F 6个影响因素产生的Y方向位移极差分别为4.8、0.698、1.404、1.305、1.623、0.164 mm,即隔离矿柱矿房侧壁的回采高度(A)对其稳定性影响最为显著,而第二步骤是否采用全尾胶充填(F)影响最小。

某石灰石矿隔离矿柱厚度的确定

根据对某石灰石矿的现场工程地质调查、评价以及室内岩石力学实验等,确立了该矿的岩体力学参数。采用三种理论方法以及数值模拟技术对该矿的隔离矿柱厚度、目前采空区及下步采场的稳定性进行了分析,得出该石灰石矿采空区下开采的结构参数为矿房15 m,房间柱12 m时,维持该矿上下分层稳定的隔离矿柱厚度应在12 m以上。

安庆铜矿深部开采-400m隔离矿柱稳定性分析

采用拉格朗日非线性程序,数值模拟计算与分析了安庆铜矿l#矿体-400 m水平隔离矿柱在深部矿体开采过程中的力学效应显现规律.研究结果表明:隔离矿柱在上部矿体开采后,因覆盖岩体卸载产生了应力释放,呈现"凸起"垂直位移变形;在深部厚大矿体开采扰动下,隔离矿柱局部区域应力集中,部分区域发生塑性变形,呈现应力拉力拱现象,产生下向变形位移,与矿山常规位移变形监测结果近似.综合分析,隔离矿柱在深部矿体开采过程中整体稳定性良好.

基于突变理论的崩落法转充填法隔离矿柱安全厚度计算

崩落法转充填法开采过程中,合理确定隔离矿柱厚度对保证过渡采场安全回采具有重要意义。通过构建隔离矿柱力学模型,分析隔离矿柱破坏特征,建立了隔离矿柱的系统总势能关系式;基于突变理论,推导出隔离矿柱失稳的尖点突变模型;根据尖点突变模型失稳的充分条件和必要条件,建立了隔离矿柱安全厚度的计算模型。将此计算模型应用于研究鄂东某铁矿无底柱分段崩落法转充填法隔离矿柱厚度,理论计算的隔离矿柱厚度取值范围为15.49~19.36 m。在数值模拟验证和工程试验生产中,取隔离矿柱厚度为17.50 m时,隔离矿柱处于稳定状态。理论分析和验证结果表明,突变理论可解释隔离矿柱失稳的非线性动力学特征,隔离矿柱安全厚度计算模型可为工程设计提供一定的理论依据和工程指导。

沙漠特厚风砂层下某铁矿水平隔离矿柱厚度的确定

某铁矿山围岩不稳固、矿体赋存在沙漠特厚风砂层下。由于风砂粒度细、流动性好,应用崩落法开采贫化率和损失率很高。为保证下部矿体安全高效开采,提出了在风砂层与矿体的接触面以下留设水平隔离矿柱的方案。研究采用经验公式和FLAC3D数值模拟相结合确定了水平隔离矿柱的合理厚度。结果表明,在采用隔一采一的无间柱分段空场嗣后充填法分条开采跨度为10 m的矿房时,留设的20 m隔离矿柱是稳定的。