断层在采矿诱发边坡失稳过程中的控制作用研究

当露天矿边坡岩体中存在断层时,在采矿扰动下边坡可能沿断层发生大规模失稳事故,从而给采矿作业造成严重的安全威胁。为了研究断层在采矿诱发边坡失稳过程中的控制作用,采用非连续变形分析方法建立了9组含断层的数值计算模型,分别研究了断层在顺层边坡和逆层边坡失稳过程中的控制作用。研究结果表明,断层对边坡失稳的控制作用主要与断层的倾角以及断层与采矿区域的相对位置相关,断层的存在可能增大边坡的失稳范围以及一次失稳体量,并加速边坡失稳进程,甚至会改变边坡失稳模式,威胁矿山安全生产。研究结果可为露天矿山设计、生产规划和安全管理提供指导依据。

破碎矿体下崩落法采场眉线破坏原因分析及保护措施

龙首矿西二采区在采用无底柱分段崩落法回采时,出现了眉线破坏严重的问题,极大地影响了矿山的正常生产。根据现场的矿岩情况、爆破工艺及参数,分析得出矿体破碎、装药参数不合理以及炸药单耗过大所导致的扇形中深孔孔口处炸药能量分布不合理(过于集中或明显缺少)是眉线发生破坏的主要原因。为解决西二采区眉线破坏问题,从破碎矿体物理加固以及爆破损伤控制两个方面提出了“薄钢板+管缝式锚杆”以及“孔口缓冲爆破+空孔导向”眉线保护方案,并进行了工业试验,改善了眉线破坏情况。

基于模糊物元模型的中深孔爆破布孔优化研究

针对目前单一爆破布孔参数优化方法的主观性带来的误差或不合理等问题,提出了一种基于模糊物元模型与数值模拟相结合的中深孔爆破布孔参数优化综合评价方法。根据某矿实际条件确定出不同中深孔爆破布孔优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA模拟研究了不同方案的岩石爆破效果,分析其爆炸应力波与爆炸裂纹的扩展规律;结合数值模拟结果,采用模糊物元模型对爆破方案进行优选,最终确定平均有效应力峰值、大块比例、粉矿比例、钻孔量、装药量、进路顶板拉应力6个评价指标,优选结果表明:扇形炮孔数目为9孔时,关联度最大,为0.746,该方案爆破效果最佳。

无底柱分段崩落法采场结构参数:发展现状、确定方法及存在的问题

无底柱分段崩落法采场结构参数与采矿经济效益息息相关。调查了国内外无底柱分段崩落法矿山采场结构参数的发展历程及现状,详细阐述了工程类比、理论计算、物理实验、数值实验以及现场实验等常用的采场结构参数确定方法的基本原理、优缺点及存在的问题,分析了分段高度、进路间距以及崩矿步距等3个主要参数的确定原则,指出了当前存在的单以矿石回收指标作为最优结构参数评判标准、频繁调整采场结构参数以及采场结构参数选择过大等问题。建议未来在确定无底柱分段崩落法采场结构参数时,应从整个采矿系统的技术经济指标最优的角度考虑,避免盲目追求大结构参数。

无底柱分段崩落法覆盖层形成方法研究现状及发展趋势

在采用无底柱分段崩落法采矿前须在采场上部形成一定厚度的散体覆盖层,这是确保采矿作业安全的重要基础。系统分析了覆盖层的作用机理,归纳了覆盖层合理厚度的确定方法,提出了矿山在选择覆盖层形成方法时需要遵循的一些基本原则,并对目前常用的几种覆盖层形成方法的工作原理、适用条件、优缺点及应用现状进行了阐述。诱导冒落法因具有成本低、效率高、应用灵活以及兼顾产能等优点,必将成为无底柱分段崩落法矿山形成覆盖层时的首选方法。分析指出了该方法在今后发展过程中存在的关键技术问题及重点研究方向。

人造-天然复合岩层冒落机理数值模拟研究

当下向分层胶结充填法转为无底柱分段崩落法时,需要诱导顶板胶结充填体和上部围岩构成的人造-天然复合岩层冒落形成覆盖层。以某大型有色金属矿山为工程背景,采用非连续变形分析方法对人造-天然复合岩层的冒落机理、模式及过程开展数值模拟研究,结果表明,由于胶结充填体强度较低且顶板围岩富含连续性较好的光滑陡立节理,加之矿区存在较为显著的水平构造应力,导致矿山在崩落法回采过程中顶板复合岩层极易突发直贯地表的大规模冒落,需要严格防控大规模冒落带来的气浪冲击危害和冲击振动危害,在实际生产中建议采用均匀扩展采空区和预留散体矿石等预防措施。

微震监测技术在崩落法与充填法协同开采中的应用

金川龙首矿西二采区为贫矿资源区,最初设计采用下向分层胶结充填法开采,但在生产后期由于开采成本的原因,将上部中段改用无底柱分段崩落法开采,从而在采区内形成了上部中段崩落法与下部中段充填法同时进行采矿作业的复杂局面。由于崩落法的地压活动规律及分布特点与充填法存在较大差异,为确保整个西二采区的稳定性,建立了立体包裹式微地震监测台网,对上、下中段的采场实现全面监测,同时自主研发了微地震安全监测平台,实现了微震信号的自动识别与分类、微震事件高精度定位及自动预警等功能。利用所建立的微地震系统对西二采区的整体稳定性进行实时动态监测。微地震监测结果表明,在两种采矿方法协同开采过程中,上部崩落法采场回采进路处于稳定状态,采场顶板胶结充填体发生冒落形成覆盖层,下部中段胶结充填法采场整体处于稳定状态。

相邻采空区诱导冒落处理方案研究及实践

地下矿山中遗留采空区对采矿作业具有较大威胁,通常需要及时进行妥善处理。某矿山前期采用阶段矿房法回采时在2610 m水平遗留下两个水平相邻采空区,矿山计划后期改用无底柱分段崩落法开采,需要事先处理这两个采空区以确保崩落法的作业安全。在分析对比各种方案适用性的基础上,提出了诱导冒落处理相邻采空区的技术方案,并计算了采空区的可冒性。计算结果表明,当两个采空区贯通后,采空区的跨度和面积将分别达到100 m和2356 m^(2),超过了临界冒落跨度47.71 m和临界冒落面积1789 m^(2),此时采空区将发生冒落。以此为根据确定出“以矿柱为起始回采点+预留矿石安全垫层”的诱导冒落方案。采用数值模拟方法研究了相邻采空区的诱导冒落发展过程及冒落规律,研究结果表明,在诱导分段率先对空区矿柱进行崩落,两个采空区互相贯通后发生失稳并以拱形向上发生冒落,随着诱导分段不断扩展,采空区一直冒透至地表,顺利的处理相邻采空区,同时形成无底柱分段崩落法的覆盖层。该方案在现场应用后,顺利地实现了采空区处理与覆盖层形成的双重目标,可为类似矿山提供借鉴。

崩落法采动地压环境下采场进路断面形状及尺寸动态优选

龙首矿西二采区无底柱分段崩落采矿法采场仅可布置4个回采分段,由于各分段采动地压及采矿需求各不相同,回采进路采用单一的断面形状和尺寸很难满足实际采矿需求。为了实现各分段矿石的安全高效回采,采用数值模拟方法对无底柱分段崩落法开采过程的采动地压演化规律进行了研究。结果表明,随着崩落法采场逐分段开采,采场地压呈现出水平压力增加、竖向压力减小的规律。继而根据采动地压变化规律,对采场中4个分段的进路断面形状及尺寸进行了研究,得出结论为首采分段和最末分段推荐采用高×宽为4.2 m×4.4 m的直墙半圆拱进路,第二和第三分段推荐采用高×宽为3.8 m×4.4 m的直墙三心拱进路。最终,将研究结果用于现场生产实践,在确保采场稳定性的同时,使分段矿石回采率达到了103%,贫化率仅为8.5%,采场月产能达到8万t。

无底柱分段崩落法采场下盘残留矿石回采方式研究及应用

当采用无底柱分段崩落法开采倾斜矿体时,下盘部位易产生矿石残留损失。首先,从理论上分析了矿体厚度、矿体倾角以及分段高度、进路间距等因素对下盘残留矿量占比的影响,分析结果表明,下盘残留矿量随矿体厚度及倾角的增大而减小,随分段高度和进路间距的增大而增加。随后,在倾斜中厚矿体条件下分析了下盘切岩退采至不同部位时的下盘残留矿量占比,结果表明,单纯地采用中深孔切岩退采无法实现下盘矿石的充分回采,下盘残留矿量的占比通常会达到分段矿量的10%~15%,甚至更高。为充分回采下盘残留矿石,研究提出了“下盘切岩退采+辅助进路回采下盘残留矿石”的技术方案,并通过物理放矿模拟试验对该方案的有效性进行了验证,试验结果表明,相对于单一的中深孔下盘切岩退采方式,该方案可使矿石回采率提高6.4个百分点,而贫化率仅增加0.4个百分点。最后,将该方案应用于现场生产实际,两条辅助进路共采出残留原矿5680 t,取得了较好的应用效果。

层状岩体巷道断面形状优选及支护方式研究

在层状岩体中施工巷道工程时,岩层倾角很大程度上决定了巷道的变形破坏特征,选择合理的巷道断面形状和支护方式对于维护巷道稳定至关重要。采用数值模拟方法系统地研究了层状岩体巷道在不同岩层倾角下的破坏模式,并结合压力平衡拱理论确定了层状岩体巷道断面形状的优选原则,继而提出了相应的支护方式。研究结果表明,在岩层倾角由水平逐渐变为陡立的过程中,巷道顶板的破坏模式也由对称的拱形冒落演变为非对称的楔形冒落,甚至是整体滑移破坏;基于压力平衡拱下巷道的自稳特性,对于顶板发生拱形冒落及整体滑移破坏的层状岩体巷道,推荐采用直墙拱形断面,对于楔形冒落的层状岩体巷道,推荐采用五边形断面;根据兰氏锚杆经验准则确定的支护参数一般适用于顶板发生拱形或楔形冒落的层状岩体巷道,当其用于顶板发生整体滑移失稳的层状岩体巷道时,可能会导致支护参数不够稳健。