金川二矿区上盘贫矿采矿方法优选及采动效应分析

金川镍矿为我国最大的镍矿资源生产基地,随着二矿区富矿资源逐渐减少,为稳定矿区生产能力,亟需开采上盘贫矿资源。富矿开采过程破坏了原岩应力环境,造成上盘贫矿和围岩体变形破坏,严重影响贫矿资源开采的整体稳定性。针对上盘贫矿开采技术难题,研发了下向进路充填与分段中深孔嗣后充填联合采矿法等3种开采方法,采用未确知测度理论方法确定最优开采方案。通过构建二矿区整体数值模型及其可靠性验证,开展贫矿资源开采采动效应数值模拟分析,表明机械化盘区下向分层大进路胶结充填采矿法应力集中程度最小、总位移量相对最小,更有利于盘区的整体稳定。基于矿山生产实际,开展了机械化盘区下向分层大进路胶结充填采矿法现场试验,建立了矿区全数字型微震监测系统及多参数权重预警模型,实时预警并采取对策措施。采场开采损失率为7.0%,贫化率为6.5%。研究成果可为贫矿资源或二次资源高效安全开采提供技术支撑。

龙桥铁矿盘区采场充填体强度优化研究

充填体强度关乎充填采场安全和矿山生产成本控制,确定合理的充填体强度意义重大。以龙桥铁矿为工程背景,分别利用数值模型法、经验公式法、解析法以及数值模拟法对盘区一步骤采场充填体强度进行计算。结果表明:数值模型和经验公式法计算结果波动较大,难以准确取值;解析法和数值模拟法计算结果比较吻合。综合4种计算方法,将一步骤采场充填体强度从下至上划分为3个梯度,即2.0MPa、1.8MPa和1.5MPa,二步骤采场充填体强度维持现状不变。设计方案在现场工业试验中效果良好。

大型Au金属矿山崩落转充填采场跨度参数研究

四方金矿采矿方法由无底柱分段崩落法向阶段空场嗣后充填法转变,合理的采场跨度可以保障生产效率、成本效益、资源利用率及生产作业的安全性。为确定充填矿房的采场跨度参数,对四方金矿的工程地质情况进行了现场调查,测试了矿岩的物理力学参数并对其稳定性进行了评价分析,在此基础上采用Mathews法对充填采场跨度范围进行计算,确定了四种采场跨度布置方案,通过分析不同跨度方案的最大不平衡力、应力、位移,结合工程现状,最终确定充填采场的跨度为12m和14m。

L27号脉矿柱及采空区稳定性数值模拟分析

根据某金矿L27号脉矿柱及采空区分布情况,采用Midas-GTS、FLAC3D等软件完成了934~1054 m中段采空区数值建模及开采过程的仿真计算,发现顶底柱和间柱塑性区破坏程度较轻,矿柱及采空区整体稳定,未出现明显的塑性贯通区,但存在局部的片帮和冒顶现象。所有空区顶底板的垂直位移量控制在10 cm以内,不会产生大规模的破坏,仅下盘围岩产生小范围的拉伸破坏。

尾砂充填材料优化配比试验

为研究以尾砂为骨料、胶固粉为细集料的膏体充填材料充填体强度及流动特性,得到最优配比组合方式,分析了试验材料的基本性质,通过设计正交试验对不同质量浓度和不同粉砂比的尾砂膏体强度进行对比分析。试验结果表明:砂浆浓度和粉砂比一定时,充填体的强度与养护时间呈正相关,强度最终维持在一个稳定值;在同一养护时间与砂浆浓度相同条件下,充填体的强度变化与粉砂比呈正比关系;在控制粉砂比和养护时间一定时,强度值随着料浆质量浓度的增大而变大。对比分析表明,最终选择最优配比组合为:粉砂比1∶5,质量浓度69%的充填体能满足强度要求。

基于室内模型试验的多漏斗同步放矿柔性隔离层材料受力特性分析

开展多漏斗放矿条件下柔性隔离层材料受力特性分析是放矿机理研究的基础。该文基于室内模型试验,测定了试验中隔离层所受拉应力和压应力,分析了隔离层材料的受力特性及失效条件。研究结果表明:1)横向上,随测点与隔离层中心点距离的增大,隔离层内部拉应力值的变化趋势与正弦函数一致;隔离层所受压应力值逐渐减小,所受摩擦力值呈余弦函数形态变化;对应空腔部位的隔离层未受支持力作用,其余部位的隔离层所受支持力载荷的变化规律与压应力一致;2)纵向上,作用于隔离层的所有力系值随下降深度的增加而增大;隔离层接触底部结构前,其内部平均拉应力值随下降深度增加呈指数函数增大;隔离层所受拉应力最大值与下降深度的关系为σsmax=-0.32+0.32e0.005h,隔离层失效点满足等式s=±30.12 cm。

露天地下联合开采对地表河道的沉降影响

某铜矿属于露天地下联合开采型矿山,地表有河流分布,且距露天采场西侧边界较近,为了确保井下开采作业安全,运用FLAC3D模拟露天地下联合开采过程,综合分析河道侵蚀基准面的沉降变形情况。模拟结果显示:露天开采和地下开采采充完毕后,河道侵蚀基准面的水平变形最大值为1.59×10^-2 mm/m、倾斜变形最大值为1.81×10^-2mm/m、曲率最大值为0.000384×10^-3/m,均符合安全规定,表明在矿山当前开采条件下,露天地下联合开采不会对地表河道的稳定性产生影响。最后考虑到数值模型的局限性和露天地下开采作业的安全性,提出了几点安全防治措施。

分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法采场跨度的优化

采场跨度对矿山企业井下生产作业的安全性、经济效益以及开采效率影响重大。为选择合理的采场跨度,以安徽某铁矿为工程背景,运用FLAC3D数值分析软件和数学方法对分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法两步骤盘区采场跨度进行了研究。首先依据Mathews稳定图法计算结果,设计6组盘区两步骤采场跨度方案;然后利用MIDAS/GTS和FLAC3D构建相应仿真模型进行数值计算;最后基于Critic赋权法,引入采动效应参数和充填材料费用作为成本型评价指标,盘区生产能力作为经济型评价指标,对6组采场跨度方案进行安全性和经济效益综合评价。结果表明:方案Ⅴ(一步骤采场跨度15 m,二步骤采场跨度17 m)在综合评价中评分最高,属最优的两步骤采场跨度方案,且在现场工业试验中能够较好地满足矿山生产的安全、高效和经济需求。

基于Critic赋权法的深井矿床卸荷采矿方案优选及应用

随着浅地层矿产资源开发逐渐枯竭,深井矿床开采势必成为我国战略资源开发的主要阵地。但深井开采所面临的“三高一扰动”将制约深井矿床开采的安全性,大幅增加了规模化开采的难度,合理采矿方法的选择是解决深井矿床高效安全开采的前提。引入Critic赋权法,构建了深井卸荷采矿方案综合优选评价模型。以国内某深部特大型矿床为工程背景,提出4种卸荷开采方案,并用建立了的Critic客观赋权法综合评价模型进行评价。结果表明,方案四(即盘区分层卸荷大断面进路开采方案)为最优方案。基于优选方案开展了现场工业试验,试验结果显示,推荐的开采方案具有卸荷效率高、生产能力大、贫损指标低等优点,验证了将Critic赋权法引入深井卸荷采矿方案优选的可行性和适用性,为国内矿山提供了一种深井卸荷采矿方案优选思路。

基于老尾矿再选的采空区协同治理与矿柱资源回采研究

采用FLAC3D软件模拟分析了采空区矿柱的稳定性,发现充填治理采空区后,矿柱的稳定性显著改善。首先采用挖机干式回采+造浆后管道输送的方式,将老尾矿库尾矿与破磨后的矿石一同进入再磨流程;然后通过增加深锥浓密系统和混凝土拖泵提高尾砂利用率,增加充填距离,优化改造现有充填系统;最后采用环形中深孔爆破回采顶底柱,以切割天井为自由面深孔爆破崩落回采间柱,遥控铲运机完成出矿。经过1 a的现场工业试验,老尾矿再选获得Au回收率为57%,年增净利润3471万元;矿柱回采率为70%~80%,新增2.4万t矿石量和97 kg金属量,新增利润2965万元,经济效果显著。

柔性隔离层下单漏斗散体矿岩流动规律

同步充填留矿法因柔性隔离层的存在,其散体矿岩流动规律突破传统放矿理论的描述范围,因此开展柔性隔离层下单漏斗散体矿岩流动规律研究对于丰富放矿学理论具有重要意义.基于相似原理建立物理试验模型,以标记颗粒刻画出放出体和松动体形态,采用高清摄像机记录试验基础数据.基于试验数据,对柔性隔离层下单漏斗放矿放出体、松动体、空腔等演化规律进行分析.最高层位矿石未放出前,放出体呈完整封闭的近似椭球体形态;放出后,放出体呈现为陀螺体.最高层位矿石产生沉降前,松动体为完整封闭的近似椭球体形态;产生沉降后,松动体形态整体上呈喇叭状,喇叭状松动体上部为指数曲线,下部为近似部分椭球体.空腔在最高层位矿石产生沉降瞬间开始形成;隔离层边界与矿石层边界相切于空腔边界,切角随着隔离层下降深度的增大而增大,至散体自然安息角后保持不变,切点位置随着隔离层下沉由中间逐渐向两侧发展至放矿终止.

柔性隔离层下多漏斗矿岩流动特性及影响因素正交模拟试验

研究散粒体的流动性能及其影响因素对于降低损失和贫化具有重要的意义.借鉴前人研究成果,选择了隔离层厚度、隔离层界面摩擦系数、颗粒摩擦系数、颗粒半径、墙体摩擦系数5项主要影响因素,采用正交实验法。建立了五因素三水平正交放矿数值模型;通过对多漏斗放矿条件下矿岩流动规律的模拟,探讨了柔性隔离层作用下多漏斗放矿流动特性;结合多漏斗放矿试验特点,选取放出量与放出体交线高度比与隔离层起伏角为评价指标.利用矩阵分析法,获取指标体系的权矩阵,阐明了影响因素作用规律.研究结果表明:多漏斗放矿条件下,因各放矿口间的相互影响而产生交错、缺失等不同程度的变异,放出体并不呈规则椭球体形状;隔离层界面在放矿初期呈近似水平下移,后期弯曲起伏较大,呈圆弧形下移,直至放矿终了以波浪形悬浮于底部结构;隔离层运动形态对放矿效果的影响起着至关重要的作用;5项主要因素影响的主次顺序是墙体摩擦系数、颗粒摩擦系数、颗粒半径、界面摩擦系数、隔离层厚度;当墙体摩擦系数为0.2、颗粒摩擦系数为0.8、颗粒半径为0.008m、界面摩擦系数为0.8、厚度为0.005 m时,放矿效果最佳.

多漏斗放矿柔性隔离层界面移动规律及其拉力特性

在同步充填理念指导下,提出了大量放矿同步充填无顶柱留矿采矿方法.区别于传统放矿工艺,新方法属于柔性隔离层下放矿,因此开展多漏斗放矿柔性隔离层界面移动规律及其拉力特性研究具有重要意义.基于相似原理设计制作了试验模型,探讨了隔离层界面移动规律,并对其拉力特性进行了分析.研究结果表明：下降过程中的柔性隔离层曲线整体形态为正弦曲线;各下降深度下的隔离层拉应力在横向上呈正弦函数变化趋势;隔离层波幅及其整体拉伸形变变化规律一致,均呈指数形式增长;隔离层所受最大拉应力点始终为r=±30. 12cm处,且其所受最大拉应力值与下降深度呈指数形式增大.相关力学特性可作为隔离层选材的重要依据.

极软薄破矿脉下向机械化安全并采技术研究

为了解决极软薄破矿脉普遍采用下向进路胶结充填开采过程中,存在劳动强度大、机械化程度低、生产成本高等问题。基于前河金矿葚沟矿区南矿带实际情况,对极薄破矿脉下向进路胶结充填开采的特点进行了研究,以提高机械化程度、降低回采成本为目标,结合类似相关矿山工程实践,通过优化采矿结构参数、凿岩与爆破方法、支护工艺及出矿形式,优选适用的机械装备,探索出极软薄破矿脉下向机械化安全并采技术,即通过合并相邻采场,共用采准工程,研究微扰无掏槽爆破与锚网支护工艺,采用高效出矿设备,实现极软薄破矿脉的机械化安全开采。现场工业试验表明,该技术可实现极软薄破矿脉的机械化高效开采,技术经济指标良好。