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.

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。

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。

某磷矿房柱法开采空区治理技术研究与应用

某磷矿采用脉内开拓盘区房柱法开采,在开采过程中形成了一定规模的采空区,给未来生产造成了较大的安全隐患。为了消除或减小采空区对矿山安全开采的危害,针对采空区存在的现状,进行工程地质调查,采空区治理及安全监测措施等研究,提出了采用废石干式充填方法进行空区治理方案,并对充填准备和充填步骤进行详细部署;同时,对空区封堵工艺及封堵墙规格进行设计,根据采空区分布特点布置位移监控报警仪和地压监测报警仪,实现采空区地压活动实时监测和预警预报。研究结果为矿山的采空区治理和安全有序生产提供决策依据和技术保障,也为类似条件矿山提供一定的借鉴。

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。

白象硅灰石矿房柱采矿法安全性研究

为了探究白象硅灰石矿房柱采矿法回采矿权采深范围内矿体的可行性,开展了矿体回采矿岩体稳定性研究。在现行房柱采矿法采场结构参数条件下,首先采用理论分析,通过计算矿柱强度及矿柱随采深所受到的应力,进而确定矿体合理回采深度;然后利用FLAC^(3D)数值模拟软件,从位移、应力、塑性区3个方面对矿权范围内矿体回采完成后矿岩体稳定性进行分析。对比理论、数值模拟分析结果,选取最优值,最终确定了矿体的最大安全开采深度为-153 m,并提出了安全保障措施,为矿山安全开采提供理论依据。

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。

浅埋房柱近距离煤层安全开采顶板应力控制

韩家湾煤矿2-2煤层采用房柱式开采方式,煤柱在底板形成集中应力,使3-1煤层的开采产生一定的安全隐患。为解决近距离煤层安全开采厚硬岩层顶板聚集较大能量,可能诱发大面积压架或矿震的问题,实现韩家湾煤矿下组煤三盘区3-1煤层的安全开采,采用水力压裂技术对致密厚岩层进行弱化。在分析覆岩特征及潜在顶板灾害特征的基础上,基于三盘区下组煤开采过程中对上部2-2煤层遗留条带煤柱与房柱煤柱的扰动机理,设计采用长水平孔区域压裂技术对2-2煤层的2处大巷煤柱区域进行水压致裂,初步提出了区域压裂技术参数、定向长钻孔压裂工艺。

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。

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。

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.

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。

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。

矿柱安全留设尺寸的宽度折减法与应用

从岩石强度理论出发，提出房柱式开采中矿柱安全留设尺寸的宽度折减法思想，通过不断折减矿柱宽度，研究矿柱由稳定状态向临界失稳状态演化过程，从而得到矿柱的临界宽度，引入矿柱安全系数，获得矿柱安全留设尺寸。采用宽度折减法对磨坊矿3#井房柱法开采矿柱安全留设尺寸进行研究，获得不同矿房跨度下矿柱的安全留设宽度。将宽度折减法得到的安全矿柱宽度与Lunder经验公式比较，研究发现，宽度折减法得到的安全矿柱宽度和Lunder经验公式的计算结果较为吻合且偏安全。结合磨坊矿3#井的开采条件和矿柱宽度折减法分析结果，确定矿房基本参数为：矿房跨度为13 m左右，矿柱宽度为5.0～5.5 m。通过对磨坊矿3#井采空区上覆岩层移动规律的监测，发现岩层相对稳定，地表沉降量控制在120～150 mm之间，用宽度折减法分析得到的矿房基本参数是合理的。

兴隆磷矿两步骤回采嗣后充填采矿方法应用实践

房柱法为兴隆磷矿现使用的采矿方法,该采矿方法在回采过程中需要留设大量的矿柱,导致矿石回收率低,而且后期采空区处理工程复杂、安全管理压力大。结合矿山开采技术条件及矿山现状,研究采用矿房、矿柱两步回采嗣后充填采矿法进行回采。浅孔落矿,二步骤回采,先采矿柱,采用高强度胶结充填;后采矿房,矿房采用尾砂非胶结或者废石充填,无大面积采空区暴露。该采矿方法有利于矿山地压管理,同时可提高矿石资源的回收率,减少尾砂废石排放对地表环境产生的污染,改善矿区环境的同时减轻拦渣坝防洪压力。

半解析方法用于房柱式开采沉陷的三维计算

半解析数值方法具有降低维数、节省内存、建模工作量小等特点 ,用于三维开采沉陷计算和应力分析具有明显的优越性 .基于半解析方法中的层单元和棱柱单元推导计算方法 ,在Vi sualFortran 6 5环境下编写了可用于全采、条采和房柱式开采的三维沉陷计算和应力分析程序 .以兖州矿业集团南屯煤矿房柱式开采的地质采矿条件为基础 ,应用三维半解析数值方法 ,分别对房柱式和条带式开采条件下的地表沉陷进行了三维对比模拟计算 。