分段空场嗣后充填法人工矿柱多源信息融合稳定性评价模型

针对分段空场嗣后充填法人工矿柱(充填体)稳定性评价指标因素概率分配过程和权重分配中存在的问题,综合考虑工程地质环境、岩体质量、力学响应指标、声发射参数特征和几何形态5类信息源的影响,建立了涵盖17项稳定性影响因素的人工矿柱(充填体)稳定性多源信息评价指标体系,并基于此确立了人工矿柱(充填体)稳定性D-S证据理论的识别框架及评价指标分级标准。通过引入正态隶属度函数及改进的K-L距离对指标因素概率分配和权重分配进行优化,构建了基于改进D-S证据理论多源信息融合的人工矿柱(充填体)稳定性评价模型。选取某分段空场嗣后充填开采矿山5个典型人工矿柱(充填体)对模型的适用性进行验证,结果表明:多源信息融合稳定性评价等级分别为AP-2、AP-3和AP-5(Ⅱ级)>AP-4(Ⅲ级)>AP-1(Ⅳ级),稳定性评价结果与前期位移、声发射现场监测分析评价和数值模拟分析评价结果基本吻合,验证了评价模型在实际应用中的科学有效性。该模型为人工矿柱(充填体)稳定性分析提供了一种更全面的综合评价方法。

倾斜中厚矿体阶段空场嗣后充填采矿工艺优化研究

分段凿岩阶段空场嗣后充填法是倾斜中厚矿体的高效采矿方法,但爆破、充填与采场稳定性之间关系复杂,可能存在地表塌陷、顶底板垮塌和回采损失率高的问题。采用工程类比、工业试验等手段,从回采顺序、切割方式、底部结构布置等方面对倾斜中厚矿体分段凿岩阶段空场嗣后充填法进行了工艺优化,并提出采场内不留间柱的布置方法。该方法在一步骤充填后将充填体侧帮直接与矿房相连接,并采用挤压爆破提高充填体强度和矿块的回采率。实施时间是该方法的关键,ANSYS/LS-DYNA数值模拟表明:采用中深孔挤压爆破形成切割槽时,应在采场充填及充填体养护7~9 d后进行。工程实践表明该方法具有可行性,能够为矿山生产提供技术支撑。

智能采掘装备在阶段空场嗣后充填法中的应用

随着国民经济建设的快速发展,地下矿产资源需求量不断增大,金、银、铜、铁等战略性矿产资源是国民经济的基础。为满足国家工业生产需求,需要提升地下矿山的开采效率,由于阶段空场嗣后充填采矿法便于实现机械化开采,在我国地下矿山得到了日益广泛的应用,但目前阶段其仍然存在关键环节和重点部位用人多、智能化程度较低、安全风险高等问题,如何实现安全、智能、绿色、高效开采是亟需解决的问题。本文详细介绍了采准、切割、回采三个环节智能采掘装备的特点及应用,提出了阶段空场嗣后充填采矿法的智能采掘方案,并已将该技术成功应用于矿山实际生产,实现了凿岩穿孔智能化、天井掘进无人化,对推动我国智能矿山建设提供了重要的技术装备支撑。

马坑铁矿阶段空场嗣后充填采矿法扰动效应研究

为了研究地下金属矿山开采扰动岩体的破坏情况及稳定性,以马坑铁矿西矿段+100 m中段矿体开采为背景,采用FLAC3D数值模拟软件构建三维模型,模拟中深孔爆破“隔一采三”开采方式和阶段空场嗣后充填采矿法开采,探究矿体开采后次生应力场演化规律、塑性区分布特征及变形位移规律。研究表明:矿体开采引起围岩的扰动与破坏、应力集中和塑性区的分布规律大致相同,主要分布在采场顶板、隅角、断层及断层与采场交界处;岩体扰动伴随拉伸、剪切等多种破坏形式,矿柱、顶板出现不同程度的损伤,同时引起顶底板不同程度的沉降和隆起,但总体变形量保持在安全范围内;阶段空场嗣后充填后采空区的应力状态、损伤破坏及位移变形趋于稳定,能有效保持采场的稳定。

基于阶段空场嗣后回填法的采场结构优化

为解决杨林坳钨矿大面积采空区带来的地压安全隐患,减少矿产资源损失,基于摩尔库伦准则,建立了三维开挖模型并进行数值模拟研究。通过对两步骤开挖及回填的数值分析,依据围岩的垂直拉应力、最大主应力、塑性区范围和位移的变化规律,确定了两步骤开采的最佳采场结构参数。结果表明:一步骤采场的取值范围为13~18 m,顶板的垂直位移和垂直拉应力随采场跨度的增加而变大;一步骤采场跨度越小,围岩越稳定,确定一步骤采场跨度为13 m,此时的围岩状态最稳定;尾砂充填体受力不均匀,上部所受应力小于下部所受应力,两侧所受应力小于中间所受应力。研究结果为两步骤开采的实际应用提供了理论支持。

深部低品位资源阶段空场嗣后充填采矿法采场结构优化与稳定性控制

基于阶段空场嗣后充填采矿法采场围岩稳定性控制难题,以某矿山深部急倾斜厚大矿体的赋存条件为背景,从改变采场几何形态和结构参数角度出发,提出将阶段采场顶部改变为拱形结构,开展拱形结构阶段空场嗣后充填采矿法围岩稳定性研究。从采场拱形形态及阶段采场跨高比入手,分析2个因素对采场稳定性影响。研究结果表明:采场拱形形态的设置和跨高比的优化可以提升采场整体稳定性。通过建立阶段采场拱形结构力学承载模型,进行采场拱形形态及跨高比因素的影响权重分析。跨高比对采场综合稳定性的影响最大,影响权重为66.41%,采场拱形形态对采场的边墙稳定性影响显著,影响权重为94.83%。综合围岩位移、裂纹演化规律及围岩开裂区等效深度等指标计算结果,确定最优采场结构参数为:采场高50 m、跨度20 m、采场形态特征角55°。

拉拉铜矿堑沟式分段空场嗣后充填采矿法及胶结矿柱结构参数研究

针对拉拉铜矿倾斜矿体的采矿方法和采场结构参数进行研究分析,提出一种堑沟式分段空场嗣后充填采矿法。拉拉铜矿堑沟式空场嗣后充填采矿法采用“隔一采一”的方式进行两步骤开采,即超前回采一步骤矿房,嗣后尾砂胶结充填,形成充填间柱支撑顶板,再造二步骤矿房回采环境;同时采用堑沟式底部结构,利用矿石自重进行出矿。经普氏地压理论和有效区域强度理论的Bieniawski公式计算得出:随矿体厚度增加,即胶结矿柱高度增加,在达到一定安全系数的条件下其宽度也要增加。为保证胶结矿柱的稳定,其安全系数不能低于1。工业试验结果表明该方法采切比减少,由原来的6.5 m/kt降至4.5 m/kt;损失率由原设计的30%降低至10%以内,贫化率由23%降低至15%以内。

两步骤分段空场嗣后充填法在落凼矿应用研究

落凼矿原使用的留设矿柱的分段空场嗣后充填采矿法存在损失率偏大的问题。针对该问题,提出采用两步骤分段空场嗣后充填连续采矿法,以降低落凼矿的采矿损失率,并根据矿体的倾角不同提出两种不同的底部结构布置方式,以降低采场的贫损指标和采切工程量。结果表明:与原有采矿方法相比,该采矿方法经济技术指标占优,安全可靠,大大降低了采矿损失率,提高了回采率,大大提高了落凼矿的经济效益,可在落凼矿推广使用。

阶段空场嗣后充填采矿法生产能力分析与研究

随着矿山机械化水平的不断提高,大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法应用日趋广泛。为了科学客观地分析和计算其生产能力,综合考虑采切、凿岩、出矿、充填等工艺流程和盘区开采计划,构建了大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法生产能力计算模型,并对某大型钼矿进行了分析研究。研究结果表明:该矿山盘区开采共需时间为802d,盘区生产能力为2741.47t/d,盘区采场利用系数为0.25,单采场综合能力为913.82t/d,对比在产同类矿山,计算结果基本吻合,并且通过矿山生产反馈可进一步修正和完善模型。该研究成果对矿山产能设计和生产计划决策具有重要的理论意义和应用价值。

下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法的优化研究

针对下向深孔阶段空场嗣后充填采矿法凿岩硐室工程量大、采准工程施工困难、空区顶板不规则、出矿不安全、充填接顶率低等问题进行优化研究。通过优化上部凿岩巷道的布置形式,克服了上部凿岩硐室工程量大,施工困难以及顶板不规则的问题;改进了下向深孔的布置形式,由下向平行孔改成下向扇形孔,提高了深孔凿岩效率,改善了空区顶板轮廓,提高了空区顶板的稳定性;通过采用遥控设备回收空区内的残矿,解决了出矿过程中的安全问题。优化后的采矿工艺顶板稳定性提高,回采作业安全,充填接顶率显著提高;采切比降低了8.09 m^(3)/kt,贫化率降低了7%,单个采场生产效率提高了200 t/d,可供类似矿山借鉴。

瓮福磷矿大塘矿阶段空场嗣后充填采场结构参数设计

大直径深孔阶段空场嗣后充填法是开采倾斜极厚矿体安全有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以瓮福磷矿白岩矿区大塘矿为工程背景,采用Mathews稳定图法确定了一步骤采场结构参数,基于“隔一采一”的回采方案,利用数值软件FLAC^(3D)研究了采场稳定性。结果表明,一步骤和二步骤采场结构参数均为45 m×15 m×30 m条件下,充填体及周围矿房均未达到其临界破坏强度,采场结构参数合理。研究结果为倾斜极厚矿体的安全回采提供了理论支撑。

分段空场嗣后充填采矿法在厂坝李家沟采区的应用

以厂坝铅锌矿李家沟采区为实例,详细介绍了分段空场嗣后充填采矿法安全高效环保开采工艺应用,包括采切工程布置、回采工艺、应用效果及在生产过程中需注意的问题。现场开采实践表明,该开采方法具有生产能力大、效率高、成本低、作业安全性高、地压活动得到有效控制等特点,实现了矿体开采的安全、高效、经济的技术目标。

铜绿山矿分段空场嗣后充填采矿法工业试验研究

铜绿山矿深部矿体厚度缩小,倾角变化大,矿岩稳固性变差,分段凿岩阶段空场嗣后充填法和上向分层充填法安全风险大,为此设计了分段空场嗣后充填采矿方案。分段空场嗣后充填采矿法中分段是指独立的回采单元,分段回采结束后,及时充填采空区。经工业试验,该方法矿石贫化率和损失率控制在8%以内,单采场生产能力达到223t/d,采矿直接成本57.80元/t,相比上向水平分层充填法产能实现翻番,成本降低8.6%。

大直径深孔侧向崩落分段空场嗣后充填法在疆锋铁矿的实际应用

疆锋铁矿460 m以上矿体倾角大,为了寻找一种高效、安全、成本低的采矿方法,通过对空区极限跨度的研究,根据矿体赋存条件,提出采用大直径深孔侧向崩落分段空场嗣后充填法进行开采。此方法在分段爆破成井技术的应用取得较好效果,也为类似的矿山提供了工程实例。

阶段空场嗣后充填胶结体强度模型及应用

以两步骤阶段空场嗣后充填胶结体所需强度为研究对象,通过分析胶结充填体在空区所起的力学作用,认为胶结充填体的力学作用主要表现为改善顶板岩体受力状态支撑顶板破碎岩体、为采场围岩提供侧限压力、抵抗采场闭合和限制尾砂流动。基于胶结充填体剪切破坏机制引起的垮塌,充分考虑影响充填体稳定因素,借助楔体滑动理论分析充填体滑移面上具有滑移趋势三维楔体的极限平衡状态,推导出胶结充填体危险力学环境(一侧临空、一侧受尾砂侧压力)下的抗压强度模型。大红山铜矿48-54线盘区51线胶结矿柱垂直应力实测结果以及稳定性结果验证了模型的合理性。研究成果对深化充填采矿理论研究具有重要意义,对相似矿山具有较高的应用和推广价值。

急倾斜中厚-厚大矿体空场嗣后充填采矿方案优选研究

乌兰矿目前采用分段凿岩阶段矿房法,面临采空区安全、地表沉降破坏、技术经济指标差等问题。针对945m水平以下开展充填采矿方法的综合比较和优选,当矿体厚度>15m时,采场垂直矿体走向布置,优先采用大直径深孔阶段空场嗣后充填采矿法,以两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法作为补充;当矿体厚度≤15m时,采场沿矿体走向布置,根据品位高低分别采用两步骤中深孔空场嗣后充填采矿法和间柱式中深孔空场嗣后充填采矿法。

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。

基于FLAC^(2D)的空场嗣后充填法采场结构参数优化

为了探明缓倾斜中厚矿体空场嗣后充填法在不同采场结构参数及不同回采阶段的采场稳定性,引进FLAC2D软件对采场宽度分别为32m、36m及40m时在三种回采阶段的应力、位移和塑性区分布规律进行二维数值模拟。结果表明,充填体理想弹塑性本构模型及矿岩应变软化本构模型适用于矽卡岩矿体,不同开采扰动及矿房跨度条件下采场稳定性不同,当采场沿走向宽度36m以下时最大主应力、最小主应力、塑性区分布及顶板竖直位移在安全范围之内。优化后的采场结构参数为采场沿走向宽度36m,其中矿房31m、间柱5m,实践证明该方案在安全性及经济性上能满足生产要求。

基于3DEC的两步骤空场嗣后充填采场结构参数优化

合理的采场结构参数对于地下矿山安全经济回采具有重要的意义,针对永平铜矿两步骤空场嗣后充填回采时一、二步骤采场结构参数不明确、依据不足和匹配度不够等问题,基于三维离散元程序3 DEC分别对不同的一、二步骤采场宽度组合方案进行了模拟,并对各方案的应力、位移分布情况进行了对比分析。模拟结果表明,在目前矿岩条件下,同时考虑采矿成本因素,一步骤宽度在12~14 m、二步骤宽度在16~18 m之间是合理的,嗣后充填能够有效的控制采场周边区域围岩位移变形、处理空区和管理地压;另外,位于采场上方的区域构造对于采动影响范围内的位移、应力分布有所影响,但影响程度和范围有限,总体上对采场的安全回采不构成威胁。模拟优化结果对于矿山安全经济回采具有指导意义。

控制空场嗣后一次充填质量的技术改进

充填接顶和采场脱水是应用充填采矿法的矿山急需解决的两个技术问题。结合某矿分段空场嗣后一次充填采矿法的多年实践,分析了充填接顶和采场脱水问题的产生原因,详细叙述了控制空场嗣后一次充填质量的改进技术。改进后,采场充填接顶率显著提高,充填采场基本无多余积水。改进技术对条件相似的矿山推广空场嗣后一次充填采矿法具有借鉴价值。