有限回采空间内贫矿资源无底柱分段崩落法低贫损开采方案研究

做好无底柱分段崩落法的贫损控制对于矿山经济效益及环境保护具有重要意义,但当矿床开采条件复杂、矿石品位较低时,矿石贫损控制难度将会大幅增加,在此条件下如何做好矿石贫损控制一直是崩落法开采方向的重要关注点。金川龙首矿西二采区无底柱分段崩落法采场仅可布置4个分段,回采空间十分有限,不利于矿石的贫损控制,加之西二采区矿石品位较低但经济价值较高,因此在开采过程中需要严格控制矿石贫损。针对西二采区的复杂开采条件及贫损控制需求,提出了一种“首采分段总量控制出矿、中间分段低贫化出矿、最末分段低贫化出矿+辅助进路回收残留矿石”的组合式低贫损回采方案。以西二采区为工程背景,设计并制作了一种高仿真度的物理放矿模型并对该方案展开了试验研究。结果表明:即便是在暂时不考虑回收最末分段残留矿石的情况下,该方案可使西二采区崩落法采场的矿石回收率达到75.6%,而废石混入率仅为6.0%,在确保矿石回收率的基础上显著降低了矿石贫化。该方案在现场应用后,实际的矿石回收指标与试验结果基本接近,表明该方案在西二采区有限回采空间内实现了贫矿资源低成本、高质量回收的总体目标。

自然崩落法采区地压活动控制技术研究

某铜矿自然崩落法矿山自生产以来底部结构反复受压,造成巷道破坏,为生产带来极大困扰。矿山针对不同的来压情况及破坏形式进行支护试验,并利用沉降观测、微震监测和应力监测等手段对底部结构围岩、支护结构进行监测。经过现场支护试验研究与现场监测,发现断层带最有效的支护方式是刚柔并济,并从超前支护、控制拉底推进线、控制出矿等方面总结出了采场地压活动控制技术。该方法对底部结构地压活动控制具有指导性意义,可为自然崩落法矿山或地压较大的矿山提供参考。

硬岩矿体自然崩落过程成拱特征及其边界弱化

硬岩矿体自然崩落过程中崩落顶板压力拱加剧了崩落边界的应力集中,崩落进程易受拱脚两侧的夹制而受阻。通过崩落顶板压力拱极限自稳平衡计算及数值模拟分析硬岩崩落顶板成拱特征及崩落中止的潜在区域,进而探讨通过边界弱化来预处理硬岩的工程措施。引入成拱系数及崩落损伤因子表征拉底上方不同区域岩体塑性区的逐年发展趋势,采用塑性区相对位置反映割帮位置及割帮时机,从而解决边界弱化的时效性问题。结果表明:硬岩矿体在上向崩落过程中,崩落顶板易形成自稳平衡拱并引起崩落减缓或中止,崩落顶板顶部压力和水平压力是引起压力拱持续破坏的直接因素;拉底推进时崩落压力拱跨度以非均匀速率不断增加,压力拱边界随着拉底的推进而不断前移,且拉底推进线前方始终处于高应力集中区域。当上盘矿岩交界处塑性区出现的时间滞后于拉底前锋时,可采用割帮来破坏崩落拱平衡并促进持续崩落。研究结果有助于确定硬岩矿体自然崩落法边界弱化的区域与时机。

无底柱分段崩落法结构参数的影响因素及计算

分析无底柱分段崩落法的特征及其优缺点,整理了该采矿方法主要结构参数的影响因素,并归纳了主要结构参数的理论计算公式,同时通过尖山采场的室内放矿实验及现场实际效果,对归纳整理的主要结构参数计算公式进行验证。可为采用无底柱分段崩落法的矿山提供设计依据。

地应力作用下金属矿山崩落区断层稳定性分析

金属矿山长期采用崩落法回采矿石,形成了大量崩落区,在长期的应力集中、风化作用及爆破振动影响下,崩落区岩层稳定性持续降低,进而产生变形直至发生破裂形成断层,从而严重影响矿山安全生产。为研究地应力作用下金属矿山崩落区断层稳定性及相关参数变化规律,以狮子山铜矿深部开采为背景,采用大型商业有限元软件LS-DYNA计算地应力作用下崩落区断层位移、有效应力及损伤。研究结果表明,崩落区断层位移、有效应力和损伤程度会随断层所处深度的增加而增大,随着距崩落区边界距离的增大而减小;在构造和自重应力作用下,断层处的应力集中会使该弱面结构产生较大损伤,且断层越深,潜在的危险性越大;为提高采场结构稳定性,应加强对断层结构监测。研究结果为预测崩落区断层稳定性及矿山安全生产提供参考。

急倾斜中厚矿体开采引发的岩体移动规律模拟实验

急倾斜中厚矿体开采过程中,不同采深下崩落区开采引起的周边岩体移动趋势对诱导冒落法的安全使用起到至关重要的作用。以双鸭山铁矿诱导冒落法开采为工程背景,采用相似材料实验方法模拟了400、600、800、1000 m采深下,矿体及近矿上、下盘围岩受开采扰动的影响。研究表明:400~1000 m采深条件下,矿体及近矿上、下盘围岩均呈现压密→滑移→压密的现象,且放矿对顶板矿岩受扰动的影响较大;矿体水平位移变化相较于近矿上、下盘围岩位移变化更剧烈,同时上盘围岩较下盘围岩对放矿的扰动更敏感;随采深的增加,矿体及近矿上、下盘围岩水平位移和垂直位移均出现由指向采空区转变为背离采空区的现象,且矿体总位移和应变波动范围均增大。

无底柱分段崩落法矿石残留体物理模拟实验研究

无底柱分段崩落法在地下金属矿床开采中广泛应用,损失贫化大是其主要问题之一,而矿石残留体的存在对放矿效果有着很大影响,直接影响开采过程中的损失和贫化,为了取得良好回采指标,需对矿石残留体的组成、空间位置和形态进行研究。针对目前矿石残留体研究缺乏完整揭露手段问题,首先,基于注液胶结提出一种能完整揭露放矿后散体内部矿石残留体的方法;其次,进行垂直走向进路布置方式的无底柱分段崩落法物理模型放矿实验,用所提方法对矿石残留体进行了完整揭露并用三维扫描仪进行了三维建模,在此基础上对矿体残留体的组成、空间位置和形态进行了揭示,同时研究了矿岩混杂部位及靠壁残留体随放矿的变化规律。所提方法弥补了传统放矿物理模拟实验的不足,在此基础上揭示的矿石残留体特征和规律,更利于指导开采措施制定。

含水率对普朗铜矿自然崩落法覆盖层散体抗剪强度影响研究

覆盖层的物料特性是自然崩落法能否顺利进行的重要因素,普朗铜矿自然崩落法的覆盖层为高原冰碛物散体,其抗剪强度参数与含水率密切相关。以高海拔环境下的冰碛物为研究对象,采用散体直剪实验方法,获得不同含水率条件下的高原冰碛物散体抗剪强度参数,探索含水率对高原冰碛物散体抗剪强度参数的规律关系。研究结果表明:高原冰碛物散体物质的黏聚力和内摩擦角均随着含水率的增加而减小,黏聚力与含水率之间呈现较强的对数关系,而内摩擦角与含水率之间呈现较强的指数关系;根据冰碛物散体抗剪强度参数随含水率的变化程度,黏聚力对含水率的变化较为敏感,而内摩擦角对含水率的变化敏感性较低,说明黏聚力对含水率的敏感性要强于内摩擦角,含水率对高原冰碛物散体抗剪强度的影响主要是通过黏聚力变化来体现的。研究成果可为自然崩落法高原冰碛物覆盖层研究提供一定的理论依据。

无底柱分段崩落法结构参数研究

为减少矿石生产成本,提高矿山经济效益,对无底柱分段崩落法结构参数进行研究。以大间距结构参数理论为基础,通过正交试验法确定9组不同的结构参数,利用多分段立体放矿模型,分别进行实验室放矿试验和计算机放矿数值模拟,然后,将2种不同方法所获得的实验数据采用直接分析法和Matlab回归分析法对比研究,分析无底柱分段崩落法各结构参数对矿石回收率等的影响,并最终确定合理的无底柱分段崩落法采场结构参数。

大结构参数无底柱分段崩落法的发展及技术问题探讨

无底柱分段崩落法引入我国已有近50 a的历史,在铁矿石开采中占有重要地位,也取得了丰硕的研究成果,近年来正向大结构参数发展。从历史地位、铁矿石经济发展需求、待开发矿体赋存特征、露天转地下的适应性等方面分析了无底柱分段崩落法仍将是未来主要的采矿方法。并从设备配套、爆破问题、基于现场出矿的放矿理论等方面论述了我国大结构参数发展下需要注意的问题,对大结构参数的快速发展,充分发挥大结构参数无底柱分段崩落法的优越性具有积极意义。

基于多方法联合的崩落法崩矿步距优化

为准确获得大结构参数下的最优崩矿步距,以梅山铁矿为工程背景,联合应用相似材料试验方法和PFC2D软件数值模拟方法,开展18 m×20 m结构参数下崩矿步距的优化研究。基于相似材料试验,绘制出该结构参数下的放出体形态,并结合崩矿步距与矿石损失贫化的数学模型,计算得到该结构参数下的最优放矿步距为6.12 m。利用PFC2D软件对放矿步距为4.5,5.0,5.5,6.0,6.5 m共5种方案进行数值模拟研究,计算结果表明,当放矿步距为6.0 m时,矿石的回收指标最优。将相似材料试验和计算机数值模拟所得结果进行对比分析,并考虑最优崩矿步距与最优放矿步距之间的关系,最终确定该矿山在18 m×20 m结构参数下的最优崩矿步距为4.4 m。将该结果与梅山铁矿现场工业试验结果相对比,验证了该结果的正确性。

基于三维模拟技术的矿岩可崩性评价

用一种新的数据结构和方法重现三维工程岩体模型和块段模型,采用空间数据插值方法对三维地质块段模型中的各评价参数进行有效估值,最后应用可崩性评价方法对矿岩的可崩性进行评价.针对通过不同岩性区域实体模型和块段模型的建立及不同指标的插值,建立了金川Ⅲ矿区矿岩可崩性评价的三维模型.以此模型为基础,应用此种方法对金川Ⅲ矿区矿岩可崩性分级表明,矿岩可崩性属于中等偏上,与生产实际相符.

矿体下盘岩石最佳开掘高度的确定

对应用无底柱分段崩落法开采矿床时的矿石损失过程进行了分析·在开采倾斜及缓倾斜矿体时,为改善因矿体倾角小而大量残留矿石的状况,可以通过采用开掘下盘部分岩石的方法,提高矿产资源的回收率·分析了矿体下盘倾角与下盘矿石残留量的关系,通过计算机模拟,得出了下盘岩石不同开掘高度与放出矿岩量的变化规律,随着开掘高度的增加,下盘矿石单位高度放出量相应减少,可按盈利总额最大原则确定出最佳开掘高度·在矿山生产实际中,下盘岩石最佳开掘高度随着矿产品价格和生产成本的波动而变化·研究结果表明:采用计算机模拟放矿过程,尤其是放矿控制方面,优于实验室物理模型放矿·

关于疆锋铁矿矿体开采离散元数值模拟研究

在矿体回采过程中,不同的回采方案及开采深度对上部围岩、周边矿岩体和地表的影响程度如何,是一项重要的研究工作。因此,利用离散元软件对疆锋铁矿Ⅱ号矿段崩落法的采矿条件下,不同采矿深度上盘围岩的冒落现象以及对周边岩层的影响进行数值模拟研究,结果表明离散元数值模拟方法切实可行,符合岩石力学基本规律,在空场条件下,II号矿段的开采会引发上部围岩的大范围冒落。

矿体阶段开采顺序的选择及数值模拟

利用2D-σ程序对深部矿体不同开采顺序的应力场和位移场进行数值模拟.研究结果表明,采用上行式阶段开采顺序,采场顶板破坏度、位移值和垂直方向应力值均小于下行式开采,在矿床开采末期,地表的沉陷范围及各阶段顶板和边帮的位移均小于下行式开采.因此,采用上行式阶段开采顺序有利于改善采场的稳定性及减轻或避免深部硬岩开采诱发的岩爆灾害,从回采工艺过程方面分析,更有利于矿山实现的无废开采新技术,具有显著的经济效益和社会价值.

矿石崩落块度的三维建模技术及块度预测

以金川集团Ⅲ矿区为研究对象,根据现场不连续面参数调查结果,利用Monte Carlo模拟方法,产生不连续面综合数据库。然后确定构成岩块的节理面数量、建立三维坐标系统中节理面方程、确定构成岩块的顶点和每个顶点的坐标,并计算岩块的体积、判别岩块的形状特征,从而对矿石崩落块度进行预测。矿石的崩落块度直接影响采场的底部结构设计、出矿设备的选择、二次破碎、炸药消耗的估算等。经过模拟得出的崩落块度预测结果为:等效尺寸大于0.9 m的块体筛上累积体积百分比为38.2%,大于1.3 m的块体筛上累积体积百分比为17.2%。

复杂矿体条件矿石损失贫化原因及对策

针对复杂矿体条件无底柱分段崩落法矿山存在的矿石损失贫化率高、矿山地质储量消耗过快、采掘比例失调等突出问题,详细分析了复杂矿体条件下无底柱分段崩落法矿石损失贫化的主要原因.并针对矿山存在的问题,提出了降低矿石损失贫化技术措施及下盘切岩开采+上分段下盘围岩辅助回收小进路回采下盘残留矿石新工艺,对目前国内相关矿山具有借鉴意义.

无底柱崩落采矿大断面结构参数的数值模拟研究

针对金山店铁矿亟需确定的大断面结构参数问题,采用东北大学研制的SLS崩落放矿模拟系统和ITASCA公司的岩土工程软件FLAC3D,对该矿三期的采场结构参数进行了模拟分析和研究。数值放矿试验表明,崩矿步距对矿石回收指标影响较大,崩矿步距3.5～4.5m更有利于指标回收,兼顾爆破参数因素时推荐为3.5m。通过进路群开挖的数值模拟,并对开挖过程围岩的位移、应力和塑性区进行分析,发现开挖后塑性区范围不大,巷道具有良好的稳定性。因此,拟采用的进路参数从矿石回收指标和巷道稳定性方面看是较合理的方案。

基于Monte Carlo模拟的矿岩块度预测

在确定矿岩可崩性的基础上,根据岩体中节理面的空间分布规律,采用Monte Carlo技术模拟节理系统,对矿岩块度影响因素进行定量分析,利用矿岩块度预测三维模型及软件系统Makeblock,对矿岩块度进行有效预测.将上述方法应用到金川Ⅲ矿区矿岩块度预测中,并对该矿区崩落矿石块度进行综合评价.

高变分段低贫化放矿及其参数优化试验研究

放矿工作是无底柱分段崩落法的核心工作,结构参数的选取则是放矿工作所要解决的重要内容,其直接影响着采场的出矿效率及各项回贫经济指标。采场主要结构参数是分段高度、进路间距和崩矿步距,根据放矿学理论,这3个参数的不同组合将直接影响最终的回贫指标。大红山铁矿一期采用的是20 m×20 m的大结构参数组合,即分段与进路间距都为20 m,二期规划拟在400 m水平以下采用30 m×20 m的结构参数,即将分段高度提高到30 m,属于高变分段放矿形式。针对大红山铁矿二期高变分段的放矿形式,利用实验室相似材料制作放矿模型,进行低贫化放矿研究,得到了高变分段下放出体发育形态,高变分段下最优崩矿步距及进路口规格,试验结果证明采用低贫化放矿明显提高了资源回收率,有效降低了矿石的损失贫化。