Evaluation on Stability of Stope Structure Based on Nonlinear Dynamics of Coupling Artificial Neural Network

The nonlinear dynamical behaviors of artificial neural network (ANN) and their application to science and engineering were summarized. The mechanism of two kinds of dynamical processes, i.e. weight dynamics and activation dynamics in neural networks, and the stability of computing in structural analysis and design were stated briefly. It was successfully applied to nonlinear neural network to evaluate the stability of underground stope structure in a gold mine. With the application of BP network, it is proven that the neuro-com- puting is a practical and advanced tool for solving large-scale underground rock engineering problems.

改进的Mathews稳定图法在新城金矿−530 m中段采场设计中的应用

在地下金属矿山开采中,采场结构参数的合理选择对于确保采矿安全至关重要。本文基于Mohr-Coulomb准则对Mathews稳定图法进行修正,提出了一个新的岩石应力系数Aʹ,以更准确地反映不同应力状态下岩石的破坏程度。针对新城金矿−530 m中段矿体断裂构造发育明显、岩层较破碎的特殊地质条件,采用改进的Mathews稳定图法确定最佳采场结构参数。计算结果显示,当采场长度为20 m时,最佳跨度为9 m。为进一步验证该方法的可靠性,利用FLAC^(3D)数值模拟软件对采场的应力分布、位移和塑性区进行了深入分析。模拟结果与改进的Mathews稳定图法计算结果高度一致,证实了所确定的结构参数的科学性和合理性。本文不仅展示了数值模拟与工程经验方法相结合在确定安全开采尺寸方面的有效性,同时也为新城金矿的安全开采提供了有力支撑。

用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。

Mathew法在采矿方法设计中的应用

采矿方法和采场结构参数的正确与否是确定经济合理开发地下矿床的关键因素之一。1981年Golder公司以岩体分级为基础建立了岩体质量和采场跨度之间的经验关系。文章简要介绍了Golder公司创建的Mathew法设计采场结构参数的程序和步骤，并用这种方法初步确定了谦比西矿采场结构参数。

基于Mathews图解法的采场围岩稳定性分析

针对国内某铜矿急倾斜中厚矿体采场的结构参数、矿体产状和赋存条件,采用Mathews稳定性图解方法分析了该矿-445 m中段1'03采场顶板、矿柱侧帮和围岩的稳定性,为采场结构参数设计优化提供了可靠的依据。

用Mathew法确定侯庄矿区矿房的结构参数

阐述了 Mathew法确定矿房结构参数的实质 ,及实际应用中的计算步骤 ,并用该方法确定了侯庄矿区的采场结构参数 ,且在实验性开采中初见成效。

基于修正Mathews图表法与FLAC^(3D)对某金矿回采方案的优化研究

本文采用修正Mathews稳定图表法和FLAC^(3D)数值模拟软件相结合的方法,对某金矿深部采场布置形式和结构参数进行了优化研究,根据采矿方法和矿体形态设计五种可行的优化方案,根据图表和数值模拟分析结果确定五种方案中合理的矿房矿柱尺寸和布置方式,保证了在安全生产条件下较高的回采效率,对类似矿山设计和生产工作有一定的参考价值。

基于拓展的Mathews稳定图法的采场结构参数优化

合理的采矿结构参数是保障金属矿地下开采的前提。为了优化缓倾斜破碎金矿体的采场结构参数,以采场稳定概率大于95%为目标,引进拓展的Mathews稳定图法来优化采场最大跨度和暴露面尺寸,并采用考虑岩梁自重的弹性力学简支梁等理论进行验证。结果表明:当采场长度80 m时,回采进路跨度小于4.36 m时即可保证采场不会破坏;当采场长度80 m时,采场顶板跨度为4.3 m,采场上盘跨度为3.0 m,采场稳定概率能达到95%;优化后的上向进路充填法采场结构参数为3 m×3.5 m。现场工业试验表明:采场结构参数条件下回采过程中采场顶板及围岩未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。因此,基于拓展的Mathews稳定图法适用于缓倾斜破碎矿体的采场结构参数优化。

基于修正Mathews稳定图法与FLAC^(3D)的阿舍勒铜矿深部回采方案优化研究

随着新疆阿舍勒铜矿采深逐渐增加,矿山深部岩体愈加破碎,采场稳定性难以得到保障。为了确保深部矿床安全、高效开采,需要在工程地质调查和岩石力学参数试验的基础上,对采场结构参数与回采顺序进行优化。使用修正Mathews稳定图法,对+150 m中段采场顶板和边帮开展稳定性分析,分析结果表明:当中段高度为50 m,采场长度为矿体厚度的情况下,只需控制采场宽度小于12 m即可保证采场顶板和上盘围岩总是处于无支护稳定区,满足采场安全生产要求。为了确定采场的合理回采顺序,使用FLAC^(3D)有限元模拟软件分别对4种不同回采顺序进行了模拟分析,对比了不同回采顺序下采场的应力、位移、塑性区,最终确定最优回采方案为从矿体南端向北端依次回采。研究结果可为阿舍勒铜矿回采设计提供依据,并能为国内同类矿山的回采设计提供参考。

大冶铁矿高阶段并段开采结构参数稳定性研究

目的:针对大冶铁矿随着采深的降低矿石储量逐渐减小的问题,将-450 m中段及-540 m中段进行并段开采是解决深部开采开拓工程量大、投资高的有效途径,充填法高阶段并段开采的可行性和安全性都有待进行探索及研究。为保证大冶铁矿高阶段并段开采安全高效进行,基于工程地质条件和岩体质量分级结果,开展了大冶铁矿采场高阶段并段开采结构参数优化研究。方法:基于Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算方法,引入矿岩质量指标,分析矿山各个巷道开采安全要求和断面尺寸,合理确定相应的采场结构参数,计算得到采场最大允许安全跨度。针对高阶段并段开采扰动对上覆岩层的影响,利用FLAC 3D有限元模拟软件对采场高度为105、120、135 m三种方案分别进行了数值模拟研究,得到了不同开采方案下采场顶底板位移变化值和应力分布规律。结果:当阶段高度不超过120 m时,最大位移出现在顶底板中部且变形较小,出现塑性破坏区较少,能保证矿山安全开采。当采场高度达到135 m时,充填体两侧出现拉应力,采场两侧充填体位移量较大,超过采场稳定性。结论:1)结合“Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算”方法,综合考虑岩体完整性、节理特征、地下水和地应力等因素的影响,确定大冶铁矿高阶段并段开采极限跨度为20 m。2)基于FLAC 3D数值模拟软件,针对三种采场阶段高度一步骤和二步骤回采前后应力场、位移场和塑性区对比分析,确定采场高度不宜超过120 m。意义:研究结果以期为大冶铁矿高阶段并段安全开采合理的采场结构参数优化提供依据,并为国内外同类矿山高阶段开采采场结构参数设计提供参考。

基于三维离散裂隙网络的采场结构参数优化

为保障深井矿山安全高效开采,以某铜矿为例,提出了一种基于节理裂隙的采场结构参数优化方法。首先,综合工程地质背景和Mathews稳定图法,实现采场结构参数初选;其次,借助COMSOL软件构建采场周围结构面的三维离散裂隙网络,通过与采场开挖模型耦合,重构结构面影响下的采场三维模型;然后,采用FLAC^(3D)数值模拟计算,确定不同采场结构参数方案的安全性指标;最后,运用多目标理想点法综合决策,获得最优采场结构参数方案。研究结果表明:结构面组成的裂隙网络会降低采场的稳定性,二步骤矿柱回采的采场稳定性远弱于一步骤矿房回采;采场宽度是影响采场稳定性的关键因素,采场宽度与开挖后产生的最大位移和最大拉(压)应力呈正相关,与安全率呈负相关;采场结构参数也受采场形状影响,确定的采场面积存在对应的最优采场结构参数。综合考虑经济因素得到的最优采场结构参数为采场宽度10 m,采场高度15 m。

大冶铁矿-360 m中段强采采场结构参数优化

大冶铁矿-360 m中段开拓和采准工程滞后,产能不足,要稳定产能,需增大首采矿块采场结构参数。为确定强采采场相对安全经济的结构参数,采用FLAC3D数值模拟,分析了不同结构参数采场在回采和充填过程中顶板、充填体矿柱的位移及塑性区分布特征,对比了不同采场结构参数方案的采切工程量和采场生产能力,确定了东、西区高强度开采采场的合理结构参数。研究结果表明,增大结构参数后的采场采切工程量降低了28.5%,综合生产能力提高了24.2%,有助于大冶铁矿在当前采掘失调的状态下缩短采场的准备周期,保证矿山接续开采过程中的产能均衡。

某铜矿浅孔留矿嗣后充填法采场结构参数优化

某铜矿经过多年开采,采场结构参数未及时改进,导致矿山生过程中存在安全性差、开采效率低等问题。为了保证矿山采空区安全稳定,合理提升生产效益,通过拓展Mathews稳定图法及数值模拟对采场结构参数进行优化。结果表明:利用拓展Mathews稳定图法确定采场顶板稳定性水力半径为4.4 m,采场边帮稳定性水力半径为10.0 m。结合位移、塑性区云图,在间柱宽度为10 m时,内部塑性区存在连通现象,不利于采场长期稳定,间柱宽度应在12 m以上。采场长度为40 m、边帮高度为40 m时,建议采场宽度为10 m,间柱宽度为12 m。

红岭铅锌矿采场结构参数优化研究

为确定红岭铅锌矿分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的合理采场结构参数,采用数值模拟的方式对顶板厚度分别为3 m、5 m、7 m和10 m,采场长度分别为20 m、30 m、40 m和60 m的16种工况进行了研究,对比了顶板厚度为3 m情况下各工况的应力、位移和塑性区分布。结果表明:红岭铅锌矿分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法采场顶板厚度3 m,采场长度35 m时,采场稳定性较好。

山后矿区基于厚板理论的进路极限跨度设计研究

该文主要研究的是深部金属矿的采场设计问题。在开采过程中,进路宽度设计不合理会影响采矿效率,同时增加充填压力,因此合理的采场结构参数对于保证矿山的安全高效生产至关重要。为此,该文借助厚板理论,分析顶板拉应力分布状态,对山后矿区深度在-282~-500 m的多个中分段典型采场进行优化设计,得到各采场的极限跨度值。该研究的应用将为矿山的安全防护和工程参数优化提供可靠数据,为矿山深部安全开采提供技术支撑。

焦家金矿破碎岩体变形破坏规律研究

焦家金矿-570~630 m中段矿(岩)体节理裂隙发育,易出现楔形不稳定结构,进而发生岩体冒落。对岩体进行了地质钻孔、结构面条件调查等得出,焦家金矿岩体较为破碎,节理发育,节理产状分布范围广。对开采扰动下巷道收敛变形规律进行研究与总结,并通过雷达测试分析焦家金矿巷道破坏深度,损伤深度基本保持在2 m,存在较多的结构弱面,需及时采取加固措施。此研究对该处矿体的支护等做出合理规划,进一步指导采场结构参数的合理选取,以确保该矿段的安全生产。对类似矿山破碎矿体的治理条件有一定的借鉴意义。

某铀矿上向水平分层开采高度优化研究

以某铀矿床采场为研究对象,基于矿体特征及工程经验,选定该区域采用上向水平分层充填采矿法开采。利用FLAC3D建立了不同采场结构参数的开采方案模型,对采场开采-回填过程进行数值模拟,分析了采场的应力场、位移场和塑性区的时空演化特征,研究了采场的稳定性。结果表明,当矿体的水平分层高度为2 m时,安全稳定性较好,在开采前期对顶板位移量的控制效果更好;在开采作业时,采场的应力集中区域逐渐扩大,采区顶部和底部有明显的应力贯通区;在回填时,充填体内的压应力分布较均匀,压应力较小,且后期的应力变化幅度不大;巷道与采场交接处位移量最大,在开采回填作业前期位移量增长速率较快,并出现近垂直式跳跃增长;巷道中段及采场中段顶板处的位移量呈阶段性变化,总体位移量较小。

缓倾斜薄矿体分段空场法开采采场结构参数优化研究

缓倾斜薄矿体安全高效开采直接关系到矿山的高质量发展。基于室内试验与Hoek-Brown岩石强度标准来确定岩体力学性质,并利用3DMine-Midas GTS耦合技术构建了矿山三维数值模型,采用FLAC 3D软件对四种采场结构参数方案下的采场顶底板位移、最大/最小主应力和塑性区分布进行了模拟分析。发现极限暴露面积低于600 m^(2)时采场是稳定的,并建议采场结构参数取值为40 m×15 m。

基于EWM-GRA综合评价的采场结构参数优化研究

为实现某地下磷矿增产目标,在综合考虑采矿安全、技术和经济因素下,结合EWM熵权法和GRA灰关联度法构建了EWM-GRA综合评价模型,并基于评价模型对9组不同采场结构参数方案进行分析。研究结果表明:选择采用进路宽度为3.5 m,进路高度为3 m的方案最优。从现场实践来看,采用3.5m×3m采场结构参数方案相对原方案采矿量每米整体提高了27.37%,可实现增产目标;每条进路的经济效益相对原方案增加了2.833万元,大于增加的开采成本,说明了优选出的采场结构参数方案是合理可行的。研究结果可为磷矿采场结构参数设计提供参考。

基于响应面法的海下框架式采场结构优化选择

为了在安全开采的前提下实现经济效益最大化,从矿山开采工程状况及岩石力学条件出发,建立不同框架式采场结构参数的有限元数值计算模型。通过有限元计算结果建立应力约束的体系应变能最大化的目标函数,应用Matlab编程求响应面函数,最后采用非线性优化技术对响应面函数进行优化。计算结果表明:垂直矿体走向方向的截面尺寸bx=4 m;沿矿体走向的截面尺寸bz=4 m;垂直矿体走向方向的跨度lx=12 m;沿矿体走向的跨度lz=12 m;矿柱高度h=25 m;该方法科学合理,为三山岛金矿新立矿区海下安全经济开采矿石资源提供了技术保障。