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。

基于降雨量数据的程潮铁矿涌水量时序性预测模型

无底柱分段崩落法开采必然形成大范围的地表塌陷区,所分布的导水裂隙将导致大量的地表降水向下渗透,引起巷道涌水量骤增,程潮铁矿现已进入-500 m开采水平,大气降雨与崩落法开采所引发的裂隙持续动态发展之间的相互作用机制十分复杂。因此,为科学准确地预测井下涌水量,本研究提出了一种以降雨量为输入数据的涌水量灰色GM(1,2)时序性预测模型。以程潮铁矿2019—2021年的降雨量、涌水量实际数据为训练样本,充分考虑崩落法开采对上覆岩体的持续影响,引入时序性系数K对模型进行优化,最终建立的灰色GM(1,2)时序性预测模型与传统的GM(1,2)预测模型相比,预测精度平均提高了7.79%。运用该模型对2022年的涌水量进行预测检验结果表明,其旱、雨两季的预测精度分别为93.51%、93.58%,预测效果较好。研究成果是通过地表降雨量数据直接预测矿山井下涌水量数据的一种有效方法。

基于Aegis的无底柱分段崩落法中深孔爆破过程模拟与应用

无底柱分段崩落法因其回采效率高、结构简单、安全性高等优势被广泛应用于地下金属矿开采,其落矿方式常采用中深孔爆破。针对传统无底柱分段崩落法中深孔爆破设计过程繁琐、模拟效果不够直观等问题,开展了基于爆破设计与分析软件Aegis的中深孔爆破过程模拟与应用研究。首先介绍了该软件的模块构成和功能,并梳理和总结了模拟分析流程;其次研究了利用模型边界限制爆破空间以及利用爆炸能量的交错状态校验孔网参数的两项关键技术;最后基于该软件对某地下矿山无底柱分段崩落法中深孔爆破进行了数值模拟。研究结果表明:单排炮孔内爆炸能量集中且充盈了整个爆腔,连续耦合的装药结构以及0.3 kg/t的炸药单耗设计较为合理;临排炮孔间爆腔壁呈相切的状态,可能存在排间能量不足以完全破碎岩体的情况,2.2 m的炮孔排距稍大;预测的多条进路爆破块度质量分布结果均出现大块占比偏高的情况,与现场的工程实践结果一致,并以其中一次爆破后的爆堆照片为例进行说明,其大块率达到了18.03%。结合Aegis软件的模拟结果,分析炮孔排距偏大可能是导致大块率偏高的主要原因。此外还对实验分段的6个开采进路进行了12次爆破试验并加以模拟验证,得到了基本一致的爆破块度质量占比结果,有效佐证了该软件的现场应用效能。

软破矿岩条件下胶结充填法转分段崩落法研究及应用

金川集团龙首矿西二采区上部中段充填采场发生失稳事故后,采矿方法由下向分层进路式胶结充填法转为无底柱分段崩落法时,面临着软破矿岩条件下覆盖层形成和采场稳定性问题。采用数值计算和现场试验等方法,对这2个关键技术问题进行了研究。数值模拟结果表明,随着崩落法首采分段回采工作的进行,采场复合顶板经历了破坏裂纹萌生、零星散块冒落、拱形批量冒落和柱塞状整体冒落等阶段,当首采分段回采结束时,顶板复合岩层冒落能够为崩落法采场提供足够厚度的覆盖层,且在崩落法采动地压下软破矿岩采场能够保持稳定。现场工业试验表明,在崩落法采场首采分段采用“阶梯式退采均匀扩展采空区+总量控制出矿”的技术方案,能够安全、高效地形成覆盖层,并通过增补“钢拱架+钢筋网+锚杆”的技术方案,解决在崩落法采动地压下维持破碎矿岩采场稳定性的问题,为无底柱分段崩落法在西二采区的扩大应用奠定了技术基础。

地采扰动下露天坑地表岩移特征及废石充填方案研究

无底柱分段崩落法常应用于黑色金属露天转地下矿山,该方法易引起露天采场边坡失稳,影响矿区周边建(构)筑物的安全。以地表斜坡坡度较陡且地形切割强烈的李家河铁矿为研究对象,依据地表航拍点云数据和生产平面图建立精细的数值模型,采用数值模拟研究地下持续开采扰动作用下的露天坑地表岩移特征,并结合地势、植被、农作物和公路等因素,对比优选合理可行的地表废石充填方案。结果显示,随着矿体逐步向深部开采,受地形和矿体分布影响,Ⅰ号矿坑呈现局部零星破坏,Ⅱ号矿坑以东北侧区域破坏为主,Ⅰ号矿坑地表沉降变化范围小于Ⅱ号矿坑,最终优选出从侧壁向中间靠拢再向北侧推进的地表废石充填方案。

程潮铁矿崩落法开采对上覆岩体变形的影响研究

针对程潮铁矿开展工程地质调查,采用离散元分析软件UDEC建立其二维地质剖面模型,在假设其上部水平矿房未开采的条件下,模拟了程潮铁矿无底柱分段崩落法开采-480m、-500m相邻分段的过程,研究单一分段及相邻分段开采导致的围岩“冒落带、导水裂隙带”的分布规律及范围,探索程潮铁矿单分段矿房开采时其上覆岩体形成的导水裂隙带高度范围y随采长x的变化函数,分析无底柱分段崩落法不同分段矿房开采对于上覆岩体变形及影响机理,为类似开采技术条件矿山安全生产提供参考。

破碎矿体扇形深孔双点起爆位置优化研究

在采用无底柱分段崩落法开采破碎矿体时,常常面临眉线破坏的问题,这一问题不仅影响后续爆破作业,还严重制约现场的安全高效生产。为解决这一问题,以尖山铁矿1280分段回采进路为工程背景,综合运用现场调研、数值模拟和理论分析等方法,研究双点起爆不同起爆位置下爆轰应力场的分布规律。综合评价不同起爆位置下爆炸能量的空间分布及爆破效果,发现适当调整起爆位置,可以调整爆轰应力场在矿体内部的分布规律,并降低对眉线口处应力作用。现场试验结果表明,当双点起爆时药包布置在装药段1/2~孔底位置,能够加强对顶部矿体的破坏作用,同时减弱对眉线口部位的影响,有效保护眉线。

崩落法转充填法中存窿矿石回收方法研究与实践

龙桥铁矿无底柱分段崩落法转充填法过程中,原采场存在大量的存窿矿石资源,主要包括覆盖矿石层和下盘三角矿柱。为安全有效地回收该部分资源,分析采空区及存窿矿石分布状况及技术条件,确定了合理的回收原则,提出了分区回收方案。存窿矿石回收全过程在基于采空区稳定性及监测监控下进行,并顺利实施,充分解决了崩落法转充填采矿法所遗留的资源损失问题,延长矿山服务年限,同时又能对采空区进行安全处理。

基于正交试验法的爆破参数优化

为了降低矿石的大块率和贫化率,通过正交试验,利用极差分析方式,研究孔深、边孔角、扇形孔排面倾角三个水平因素对矿石的大块率和贫化率试验指标的影响。经实践证明利用正交试验对爆破参数进行优化,有效改善了地下爆破效果,提高了生产效率,对于大块率和贫化率指标,扇形孔排面倾角是影响最显著的因素。以某金属矿为例,通过优化最终得到最优爆破参数为孔深16m,边孔角55°,扇形孔排面倾角90°,对地下矿山进一步控制大块率和贫化率具有一定的参考意义。

龙岩市非煤矿山顶板事故分析与管理措施

顶板事故在非煤地下矿山事故中占比最多,顶板管理是非煤地下矿山安全管理的重点和难点。统计分析龙岩市2008—2023年共15a的顶板事故情况,总结非煤矿山顶板事故的特点。研究得出,矿井爆破工艺技术水平低及在大暴露空间下进行作业是顶板事故原因。提出改善措施,将中深孔爆破分段崩落采矿法代替空场法,但受到矿石价格影响,该方法成本高,当前可行性低;通过推广应用凿岩台车、撬毛台车等机械工具,严格控制井下采掘作业空间宽度和高度等措施,加强顶板管理,努力实现顶板零事故。

黑山铁矿井下采场切割与回采过渡期损失贫化控制方法

针对黑山铁矿无底柱分段崩落法开采切割与回采过度期矿石损失贫化大的问题,分析了该时期盲区块产生及矿石损失贫化大的原因,认为下水平切割边壁对上水平布孔阻隔作用,生产中单方面考虑切割槽空间补偿作用而增大自由空间,忽略了切割边壁对上水平的后续影响,是造成扇形自由面失效形成盲区块的主要原因。由于大块主要聚集在放出体顶部,随着放矿的进行,大块提前到达眉线,不得不组织下一次爆破,导致二次矿量损失;同时,大块的存在导致其上部覆盖层小块废石沿着块体间空隙先到达出矿口,造成矿石贫化率较大。从消除盲区块与控制矿石损失贫化角度入手,根据上下水平切巷投影情况,明确了每种情况下的过渡关系,并根据上下两水平切割巷位置关系,提出了合理优化切割巷布孔参数及有效消除盲区块的矿石损失与贫化控制方法。通过现场实践,黑山铁矿井下采矿切割与回采过渡期矿石贫化率与损失率分别降低26.2%与29.3%,同时为类似条件矿山生产提供了借鉴。

复杂开采条件下低品位镍矿安全高效回采方案研究

在龙首矿西二采区上部中段采矿方法由胶结充填法转为无底柱分段崩落法时,矿山面临着覆盖层形成及矿石损失贫化控制等一系列技术难题。首先提出了大体积胶结充填体诱导冒落覆盖层形成方案,分析得出胶结充填体具有较好的可冒性;然后对胶结充填体破碎后的块度分布规律进行了研究,结果表明胶结充填体在破碎过程中不会产生大量粉状物,因此不会造成矿石提前贫化;最后针对崩落法采场仅有的4个回采分段提出一种组合式放矿方案,并对该方案在矿石贫损控制方面的有效性进行了试验验证。将各项研究成果应用于现场生产实践,成功诱导顶板胶结充填体冒落形成覆盖层,在获得良好矿石贫损指标的基础上,使采场产能提升30%,采矿成本降低28%,在复杂开采条件下实现了低品位矿石的安全高效、低贫损及低成本开采。

基于模糊物元模型的中深孔爆破布孔优化研究

针对目前单一爆破布孔参数优化方法的主观性带来的误差或不合理等问题,提出了一种基于模糊物元模型与数值模拟相结合的中深孔爆破布孔参数优化综合评价方法。根据某矿实际条件确定出不同中深孔爆破布孔优化方案,利用ANSYS/LS-DYNA模拟研究了不同方案的岩石爆破效果,分析其爆炸应力波与爆炸裂纹的扩展规律;结合数值模拟结果,采用模糊物元模型对爆破方案进行优选,最终确定平均有效应力峰值、大块比例、粉矿比例、钻孔量、装药量、进路顶板拉应力6个评价指标,优选结果表明:扇形炮孔数目为9孔时,关联度最大,为0.746,该方案爆破效果最佳。

金山店铁矿无底柱分段崩落法崩矿步距数值模拟优化研究

以金山店铁矿张福山矿区东区无底柱分段崩落法回采为工程背景,详细分析了顶部覆盖岩层与正面废石混入对放矿回贫指标的影响。基于PFC3D数值模拟软件平台建立单漏斗放矿模型,分别对2.0m、2.5m、3.0m、3.5m、4.0m五种崩矿步距方案开展数值模拟试验。研究结果表明:①贫化率随崩矿步距的增大而减小,在试验区间内呈近似线性变化规律;②回采率随崩矿步距的增大呈抛物线变化规律;③金山店铁矿东区无底柱分段崩落法采场结构参数为14m×16m(分段高度×进路间距),最佳崩矿步距为3.5m,可以达到回采率85.67%,贫化率16.96%的技术经济指标。

基于PFC^(2D)的无底柱分段崩落法矿石流动规律与结构参数优化研究

无底柱分段崩落法出矿进路端部矿石流动规律直接影响着矿石贫损指标。以某金属矿山为研究对象,设计了崩矿步距、分层高度、放矿截止品位3项变量的正交实验,采用PFC^(2D)离散元分析方法构建了端部放矿仿真模型,分析了端部矿石放矿的流动规律,获得了采场结构参数对放矿贫损指标的作用机理。研究结果表明:①崩落采矿法中进路端部的靠壁残留体对矿石的回收具有重要意义;②崩矿步距与分层高度比值(d/H)直接决定靠壁残留体的形态和矿石贫损指标,且d/H为0.28时效果最优;③根据分段高度散点分布规律和最优d/H值,得到最优崩矿步距,通过优化铲运机出矿方式,可大幅降低矿石贫损指标。

祁雨沟金矿崩落法采场结构参数优化研究

祁雨沟金矿采用无底柱分段崩落法采矿,为进一步降低损失贫化,提高资源利用率,进行了实验室立体放矿试验。共完成了15组多参数立体放矿试验,包括进路口布置方式、不同出矿量、不同采场结构参数、不同放矿步距及以及不同矿种的放矿对比,得到各组合参数相应的回贫指标,根据指标情况确定最佳工艺参数组合。

有底柱分段崩落法转充填采矿法在胡家峪铜矿的应用

胡家峪铜矿的采矿方法主要为有底柱分段崩落法。从成本、技术、经济等角度来说,分段空场嗣后充填采矿法相较于当前的有底柱分段崩落法,具有采切比低、贫化损失指标控制较好、安全性有保证、地压控制简单等优点;相较于上向水平分层充填采矿法,具有采场生产能力强、充填工艺简单、安全等特点。通过对两种充填法进行对比,选出适合于胡家峪铜矿的充填采矿方法,为胡家峪铜矿的绿色、高效开采提供依据。

无底柱分段崩落法采场结构参数优化研究

分析了目前崩落法结构参数优化的常用方法及存在问题,采用随机介质放矿理论建立了进路间距优化的数学模型,并推导出崩矿步距的理论计算公式;为了评价结构参数的综合经济技术指标,给出了采场结构参数与采出率和贫化率之间的计算公式;最后,将所提出的方法在矿山进行了实际应用,并与传统的采场结构参数优化方法进行了对比。对比结果表明,所提出的优化方法与实际基本相符。

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。

大间距无底柱分段崩落法采场地压变化规律研究

以大冶铁矿井下车间采场结构参数调整为工程背景,依据宏观调查和巷道围岩变形实测资料,采用位移反分析的方法,运用FLAC数值模拟分析软件,从应力变化规律、位移场分布特征和塑性破坏区变化特点等多个方面,对采场结构参数调整前后的采场地压变化规律进行数值模拟对比研究。研究揭示了大间距无底柱分段崩落法开采过程中采场地压的基本变化规律,对于大间距无底柱分段崩落法在地下金属矿山的推广与应用具有重要意义。