Evaluating performance of lignite pillars with 2D approximation techniques and 3D numerical analyses

This paper attempts to investigate the use of approximate 2D numerical simulation techniques for the evaluation of lignite pillar geomechanical response, formed via the room and pillar mining method.Performance and applicability of the developing methodology are assessed through benchmarking with a more direct and accurate 3D numerical model. This analysis utilizes an underground lignite mine which is being developed in soft rock environment. Through the decisions made for the optimum room and pillar layout, the design process highlights the strong points and the weaknesses of 2D finite element analysis, and provides useful recommendations for future reference. The interpretations of results demonstrate that 2D approximation techniques come near quite well to the actual 3D problem.However, external load approximation technique seems to fit even better with the respective outcomes from the 3D analyses.

浅埋房柱式采空区煤柱稳定性及控制研究

老采空区受矿区早期采煤方法的限制,具有较强的隐匿性,很难得到有效治理,为其地表构筑物建设带来巨大挑战。以昌盛煤矿房柱式老采空区治理为工程背景,采用理论分析、钻孔勘探、数值模拟以及现场瞬变电磁勘查等方法,分析了房柱式采空区覆岩裂隙特征;判别了房柱式采空区上地表的稳定性,数值模拟进一步分析得出,在新的单位载荷作用下,采场中央遗留煤柱将发生活化失稳,引起采场所有煤柱发生多米诺骨牌式破坏,进而导致房柱式采空区地表发生失稳。基于对房柱式采空区稳定特征及浆液在房柱式采空区流动的特性提出了散点式注浆充填方案,给出了浆液配比及注浆工艺。现场瞬变电磁勘查结果表明,散点式注浆充填法能有效实现老采空区的充分均匀充填,注浆效果整体良好,同时该方法可为对类似老采空区地表治理提供参考。

Mathew法在某钾盐矿采场参数设计中的应用

国内外对钾盐矿采场参数研究较少,大多以煤矿类似参数类比,缺乏足够的理论依据。利用在金属非金属矿山中应用很普遍的Mathew稳定图方法对老挝某钾盐矿的各类地质参数分析研究,确定采钾石盐时可以将矿房跨度增加到12 m,采光卤石时可以将矿房跨度最大增加到10 m,为矿山采场参数优化提供了理论依据和指导意见。

某矿山地下开采对地表建(构)筑物的安全影响

为科学预测矿山地下开采对村庄、民房等建(构)筑物的安全影响,防止开采活动造成建(构)筑物的破坏,根据矿山地质和设计资料,利用地表岩移变形理论对主要矿体的地表最大下沉值、影响半径、地表最大倾斜率、地表最大曲率和地表最大水平变形值进行计算,确定理论上的保护等级;采用Flac 3D数值模拟软件对矿山的开采过程进行模拟,分析和总结了地表沉降值及地表变形的变化规律。通过理论公式计算,得出了矿区地表最大倾斜率、曲率和水平变形值分别为0.063 mm/m、1.6×10^(-6) m^(-1)、3.7 mm/m,小于地表建(构)筑物保护等级对应的允许变形值,且地表变形值与所设置地表监测点的位移数据相符。研究结果表明,在按照设计要求进行开采的基础上,矿山开采引起的地表变形不会对地表建(构)筑物安全造成威胁,为矿山建设和安全生产提供了理论依据。

复采煤层房柱式采煤法与开采可行性研究

深入探讨了房柱式采煤法在复采残采煤层中的应用,旨在提高回采率和开采效率。详细介绍了房柱式采煤法的特点和优势,包括投资少、操作灵活和效率高等。同时强调了设计和操作对开采效果的重要影响,以及地质特性对采煤效果的影响。结合理论分析和案例研究,提出了一系列优化开采的建议和方案,旨在实现安全、高效的煤矿开采,满足日益增长的能源需求。

武宁县大湖塘南区钨矿浅孔留矿法治理采矿的二次贫化做法

实践证明,浅孔留矿法开采二次贫化的主要原因是围岩崩落,其原因是江西巨通实业有限公司武宁县大湖塘南区钨矿的地质和开采条件所致。采取调整采场参数、优化爆破参数、锚杆加固围岩、回采时固定漏斗出矿、采空后治理采空区、治理采掘二次贫化等控制措施,对矿山进行二次贫化改造。

基于FLAC-3D模拟分析某磷矿伪斜房柱嗣后充填采矿方法的稳定性分析

本文运用FLAC-3D数值模拟软件,对磷矿伪斜房柱嗣后充填采矿法的稳定性进行了深入分析。通过模拟不同采矿条件和参数下的矿体变形、应力分布及破坏特征,揭示了该采矿法的稳定性规律,为实际工程提供了理论支撑和实践指导。

长安金矿缓倾斜薄矿体全面房柱法开采及工艺优化

长安矿段1500 m以下矿体为微倾斜—倾斜、极薄—中厚矿体,赋存形态复杂,开采条件复杂。根据矿床地质条件和开采技术经济条件,综合全面法和房柱法的优点,研究提出了改进的全面房柱法。基于岩体质量分级结果,采用经验公式对采场结构参数进行计算分析,优选了合理的矿房跨度为8.5~12.5 m,顶板暴露面积为700 m^(2),点柱直径为3 m、间距为6~7 m。方案收到了良好的应用效果,可为类似矿山参考。

爆破作用下影响矿柱稳定性的多因素联合分析

为了保证爆破载荷下矿柱的稳定性,采用现场监测试验和数值模拟分析相结合的方法,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了矿体开采模型。通过对比试验与模拟的振速时程曲线,确定了数值模型的可靠性。研究爆破作用下矿柱的应力峰值和作用范围的变化规律,以及两者联合作用对矿柱稳定性的影响。结果表明:地下矿山采用平行排列布孔进行爆破施工时,矿柱受水平方向振动作用强烈;当矿柱与爆源的距离小于10 m时,矿柱的拉应力峰值为9.03 MPa,叠加空气冲击波的作用容易导致矿柱发生破坏;随着应力作用范围的递减,应力主要集中在矿柱的顶部或底部。建议保留矿柱为双曲面型,且增加矿柱的防护。

浅孔留矿采矿法在内蒙古某矿山的应用

矿区地处内蒙古自治区,全矿床共获得资源/储量矿石量500万t,金属量24 t。为了使有限的采矿技术资料得以有效开发和合理使用,必须选取经济上合理、科技上有效的采矿方法作为研究重点。通过阐述浅孔留矿采矿法在内蒙古某矿山的实际运用,分析了该采矿方法所对应的采准切割工程,得出浅孔留矿采矿法在本矿山的使用较为合理的结论,并为同类矿山采矿方法的选用提供了借鉴。

无底柱浅孔留矿法在金矿的应用与实践

针对某金矿矿床的赋存状况,开采人员结合矿井现有技术力量、开采设备和设备状况,采取了无底柱浅孔留矿开采方法,以解决矿体贫化和流失问题,并获得了一定的经济效果。无底柱浅孔留矿法通过实际应用证明是一种有效的开采方法,完全符合本矿的实际情况。该方法是当前用于回采极薄倾斜矿体的一种常用开采方法,并详细分析了其优势、特点、工艺过程和适用条件。结合某金矿实例,总结了该方法在实践中的应用,并对其经济和技术指标进行了概括,具有一定的参考价值。无底柱浅孔留矿法是国内金矿山常用的一种开采方式。研究者提出在中小型矿山开采急倾斜薄矿脉时,可以采用无底柱底结构以减少矿体损失,并提高矿井的安全性和综合效益。

低价值极厚大矿体采矿方法的优化及应用

浙江省某硅灰石矿开采矿种为方解石、硅灰石,矿体总体为缓倾斜极厚,矿岩稳固。目前矿山采用的房柱采矿法存在采切工程量大,采矿成本相对较高,安全性一般,贫化率高等问题,为此采用一房一柱、上下两层布置、浅孔落矿的方式,从矿块参数设计、采切工程布置、回采工序简化、矿房空区地压管理等方面进行优化,使得开采此类低价值、缓倾斜极厚矿体变得更加安全、经济、高效,从而极大提高了回采作业安全条件,降低了采切工程量和采切成本,控制了矿石贫化率,为后续低价值、缓倾斜极厚矿体的开采提供了一定的借鉴。

初探机械化浅孔分段空场法

针对福建马坑矿业股份有限公司452灰岩矿的开采现状,根据其多年采用浅孔房柱法开采的经验总结,分析存在的问题:开采过程存在顶板控制难度大,工人采矿作业强度高,生产能力较小,开采周期较长,采场的顶柱、间柱控制难度大,采场的通风效果差以及开采过程机械化程度低等。结合矿山近些年大型设备的广泛推广和应用,本文根据新设备、新工艺来探索新的采矿技术。试采证明,新的采矿方法“机械化浅孔分段空场法”完美解决了浅孔房柱法开采现状存在的问题。

浅埋近距离煤层开采房式煤柱群动态失稳致灾机制

针对我国西部矿区浅埋近距离煤层房采煤柱下开采时易发生工作面压架、地表台阶塌陷以及矿震灾害的现象,采用物理模拟及数值模拟方法对下煤层工作面采动时上覆房采煤柱群的动态失稳过程及工作面压架机理开展研究。实测统计榆阳区部分矿井本煤层房式开采后,只有当房采煤柱的弹性核区比例大于31%时,房采煤柱才能处于长期稳定。下煤层采后的模拟结果表明:上覆房采煤柱的破坏形式及其失稳次序同其与下煤层工作面相对位置密切相关,房采煤柱依次从工作面开切眼位置、工作面位置、采空区中部位置发生破坏及失稳,且工作面开切眼和工作面位置处煤柱多发生顺向采空区的斜切破坏,而采空区中部煤柱则发生垂向压裂破坏。根据石圪台煤矿数值模拟结果显示,上部2-2煤层房采后煤柱支承应力峰值由原岩应力2. 8 MPa增大至12 MPa,应力集中系数为4. 28;当下部3-1煤层工作面采后,上覆2-2煤层房采煤柱的支承应力峰值增大至30 MPa,应力集中系数达10. 71;下煤层工作面开切眼侧与工作面正上方的房采煤柱呈现横向不均匀承载特征以及受水平拉伸变形影响,最终导致边界处房采煤柱易出现对角斜切破坏模式。两侧边界煤柱失稳后,其顶板岩层瞬间发生整体拉剪破断从而引发矿震,顶板多层岩层以"整体运动"的形式急剧快速下沉并撞击底板,将采空区中部上方的房采煤柱压垮压塌,同时巨大的冲击力进而导致上下煤层间的岩层发生全厚切落,造成下煤层工作面发生切顶压架。实验发现从上覆房采煤柱群首个煤柱发生破坏至整体失稳运动并达到稳定,历时仅约为0. 45 s,其中,上下煤层之间的岩层发生全厚切落历时仅约为0. 05 s。

房柱法矿柱合理尺寸设计及矿块结构参数优选

为科学设计矿柱,分析矿柱的承载机理,指出矿柱承受的荷载为顶板围岩塑性区内岩体的自身重力。针对矿柱尺寸过大的问题,运用普氏理论并考虑埋深的影响,推导出新的矿柱尺寸计算公式。结合某磷矿工程实例,计算得到2种不同的矿柱尺寸,并得到对应的2种矿块结构参数方案:方案A中矿柱长×宽为3.00 m×3.00 m,矿房跨度为12.75 m;方案B中矿柱长×宽为2.50 m×2.50 m,矿房跨度为10.00 m。采用数值模拟方法对包括原设计方案在内的3个方案进行优选,最终确定方案A为最优方案,矿石损失率由5.0%下降到1.8%,具有显著的经济意义。

层状倾斜矿体矿柱稳定性特征及矿房参数优化

湖北某磷矿开采过程中矿柱浅层岩体剥落破坏特征突出,严重影响了矿柱稳定性及采场围岩安全。采用极限强度理论和数值模拟方法,结合层状矿体倾斜赋存条件,研究了矿柱埋深、矿柱尺寸、矿柱间距等因素对矿柱安全系数和稳定性的影响规律,并给出了该矿房柱法开采的指导参数。研究表明:(1)对于埋深变化显著的层状倾斜磷矿床而言,当采深小于500 m时,选取5 m×5 m矿柱、9 m矿柱间距的采场布置参数,可保证矿柱和矿房顶板安全,当采深超过500 m后需进行参数优化。(2)矿柱尺寸是决定矿柱稳定性的主要因素,却是控制矿房顶板下沉的次要因素。当采用9 m矿柱间距时,将矿柱尺寸设计为6 m×6 m可有效减小矿柱变形量。(3)矿柱间距是决定矿房顶板围岩稳定性和矿柱变形程度的主要因素。工程实践表明,开采深度达到500 m后,采用5 m×5 m的矿柱尺寸,并且将矿柱间距减小至7 m,可显著减小矿柱和矿房围岩变形,有效降低矿柱荷载,使其处于稳定状态。

神东矿区房采采空区安全隐患评估与治理技术

基于调查与踏勘、综合分析、危险性分级与评估、现场监测与试验等方法,分析了神东矿区房采采空区的隐患类型,提出了神东矿区房采采空区危险性分级方法,开发了神东矿区房采采空区安全评估专家系统并进行了隐患评估,通过爆破试验对房采采空区进行注浆治理试验。结果表明,神东矿区已有房采采空区面积约29.05 km2,包含房采空区对应地表存在重要建筑物、通信塔或高压线塔、公路、井下采掘安全等4种隐患类型,并将神东房采采空区危险等级划分为5级;开发出神东矿区房采采空区安全专家评估系统,评估结果符合现场实际。经采取地面注浆治理试验和爆破治理试验,为房采采空区隐患评估、隐患治理及建筑物保护利用提供了可靠安全保证。

房柱法深部开采人工矿柱合理宽度设计

针对埋藏深度较大,走向较短的水平或缓倾斜贵重金属矿体,通常采用胶结充填人工矿柱代替原生矿柱的房柱法开采.通过对胶结充填人工矿柱的力学性能分析,了解其受力变化特征.根据普氏理论计算塑性区内岩层重量,运用胶结充填人工矿柱强度理论,计算胶结充填人工矿柱合理宽度,对采矿设计和生产实际具有指导意义.

基于FLAC^(3D)的采场结构参数优化

房柱采矿法适合于开采水平或近似水平的矿体,在确保采场安全的前提下,获得较高的矿石回收率和降低矿石损失与贫化的重要途径是选取合理的采场结构参数。利用有限差分软件FLAC3D,建立了开采水平矿体时的采场结构力学模型并进行了数值模拟,分析了采场结构参数对房柱法采场稳定性的影响。然后,针对鄂西缓薄高磷赤铁矿,通过数值模拟,得到了不同深度下的采场最优结构参数,并计算得到了矿石回收率,进而通过线性回归得到回收率随深度变化的函数关系。

韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区下开采动载研究

为研究韩家湾煤矿浅埋近距房柱式采空区及煤柱下开采的动载矿压,运用理论分析方法和物理相似模拟实验,采用应力和位移的监测手段,对综采工作面过房柱式采空区及煤柱进行模拟研究。研究表明,房柱式采空区下,工作面覆岩会随着下煤层关键层的破断而依次破坏,矿压显现较一般浅埋煤层开采剧烈,但未发生动载。而在进入区段煤柱期间,工作面只表现出比单一煤层开采时工作面压力较大,在出煤柱时则普遍存在动载矿压现象,动载易发区域在煤柱中的最后一次周期来压后10 m范围内。研究成果在韩家湾煤矿2405工作面进行了动载预测和防治。