类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构设计及参数研究

目的:类矩形无立柱盾构隧道适用于渡线段的应用,施工过程中施作立柱,在稳定阶段拆除立柱以达到最终运营稳定状态,全过程中存在结构受力机制的变化。为了形成适用于类矩形无立柱隧道结构的设计方法并探究不同参数的影响,有必要开展相关理论研究。方法:明确了类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构在施工、运营全过程所受荷载状态;基于修正惯用法(等效刚度均质环模型)建立设计模型,探究了施工全过程及直接施加运营工况荷载2种不同工况下的结构响应,并与足尺试验结果进行了对比验证。基于设计模型,对侧压力系数、偏载值、结构埋深等多个关键因素开展了敏感性研究,分析了对衬砌结构受力及变形的影响。结果及结论:采用修正惯用法并直接施加最终运营阶段稳定荷载能满足类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构的工程设计要求,但需要将设计值放大5%~10%,该结论也得到了足尺试验的支持。不同设计参数对结构响应的影响程度不同,其中单侧偏载和结构埋深对于设计的影响更大,同时进一步揭示了腰部负弯矩接头的薄弱特征。

类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构力学性能模型研究

目的:类矩形无立柱盾构隧道结构能适用于隧道渡线段,但缺乏该新型结构的针对性力学性能分析模型,故有必要对此开展研究。方法:基于无立柱盾构隧道原型结构试验结果,初步分析了钢结构管片在设计运营工况下的整体变形及位移特征。进一步采用等效刚度均质环模型和梁-弹簧模型对结构的受荷响应进行了模拟,其中梁-弹簧模型的计算参数通过接头足尺试验来标定。将2种模型的计算结果与足尺试验结果进行对比,分析了不同模型的优劣,给出了不同模型的适用范围。最后,结合力法原理和2种计算分析模型对类矩形无立柱衬砌结构的变形机理进行了分析,探究钢结构管片不同部分的变形贡献。结果及结论:等效刚度均质环模型及梁-弹簧模型均可用于类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构的计算分析,其中梁-弹簧模型对于钢结构管片力学性能的模拟更加精确,尤其是在变形方面;等效刚度均质环模型对于钢结构管片响应的模拟精度稍差,但是用于结构设计仍然能保证足够的安全储备。针对结构变形机理的分析表明,类矩形无立柱盾构隧道结构的收敛变形主要来源于管片本体及接头两部分,其中接头变形约其占2/3。

类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构受力性能足尺试验

目的:类矩形无立柱盾构隧道相比于典型双跨类矩形盾构隧道取消了立柱,因此,亟需探明其结构力学性能、设计关键点和受力薄弱点等情况,以保证施工结构的安全性。方法:基于关键截面内力及变形等效方法设计了试验荷载及对应加载制度,模拟了隧道结构在实际运营工况下的结构受荷状态。试验过程中对结构整体及局部的变形、内力等响应进行了监测,重点分析了结构整体变形、接头变形和螺栓轴力发展过程,并提炼出结构运营阶段力学响应的一般性特征。结果及结论:完成了类矩形盾构隧道无立柱衬砌结构的设计并开发了配套的原型结构试验平台;隧道结构的长短轴收敛变形绝对值之比在2.22左右,说明该结构整体性尚有优化空间;隧道结构的薄弱点在顶底靠近跨中位置的1、5号正弯矩接头和靠近左右侧腰部的3、8号负弯矩接头;结构薄弱部位变形和内力随外荷载上升发展均较快,需要在设计优化及施工运维时给予重点关注。

某铁矿露天转地下开采技术研究

为指导某铁矿有序开展露天转地下开采工作,在系统分析了矿山露天开采现状和矿体赋存情况的基础上,对矿山露天开采极限、露天转地下开拓系统、挂帮和深部矿体采矿方法等转采问题进行分析研究,确定了最佳转采方案。通过比选,确定了采用无底柱分段崩落法进行挂帮矿体和深部矿体的回采,并针对不同矿体展开回采工艺设计和中深孔爆破参数优化,确保该铁矿露天转地下的高效开采和平稳过渡。

无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法在云南大屯锡矿的应用

大屯锡矿矿权范围内存在有大量的急倾斜薄脉状矿体。之前对该类型矿体的回收采用的是进路式下向充填采矿法,但由于矿体的开采技术条件所限,导致矿体的贫化在40%左右以及上下进路的混凝土充填体存在顺层的情况,不仅经济性较低,安全风险也较大,为降低安全风险,不得不施工大量的措施工程,从而导致成本进一步增加。对此,大屯锡矿引进并改良了无底柱梯段空场嗣后废石胶结充填采矿法,通过五次工业试验,发现该方法具有安全性好、出矿能力大、成本低等优点。

黑山铁矿中深孔落矿大块成因及控制方法

针对黑山铁矿中深孔落矿大块率高造成的矿石损失贫化大及回采率低等问题,采用现场调研与灰色关联分析相结合的方法研究了井下大块主要成因。研究得出4个方面因素:(1)炸药单耗较小且起爆过程中存在串段起爆情况;(2)原崩落大块矿石得不到有效挤压破碎而堵塞出矿口;(3)中深孔成孔质量偏低;(4)覆盖层大块岩石提前混入崩落矿石堆。据此,提出了优化炸药单耗与最小抵抗线、分区段精细化出矿及加强中深孔成孔质量管理方法。通过现场试验,井下大块率降低了4%,回采率提高了1.32%,中深孔合格率提高了5%,实现了黑山铁矿中深孔落矿大块的有效控制,可为类似条件生产矿山提供技术指导与借鉴。

崩落法回采工艺的应力变形特征及权重优选研究

无底柱分段崩落法是金属矿山地下开采中最重要的采矿方法之一,与其他采矿方法相比在空间上具有特殊的结构形式。在实际生产中,由于其所具备的空间结构特殊性,导致其以不同的回采顺序开采矿石时对采场的稳定性影响很大。同时在矿石回采过程中,采场极易形成应力集中的现象,不利于采场的稳定。为此,本文采用FLAC3D数值模拟技术对无底柱分段崩落法经常采用的3种不同回采顺序(各回采进路同时回采、呈“凸”字形回采和阶梯状回采)进行数值研究,研究在3种不同回采顺序下,采场围岩的应力及变形特征,而后将模拟结果通过AHP方法构造判断矩阵进行权重分析。通过大量计算最终得出:无底柱分段崩落法首采阶段覆盖层尚未形成时,应采用“凸”字形阶段状回采顺序;其他分段应采用各进路同时回采的顺序对矿体进行开采,以最大的限度维持采场的稳定性。

地下开采地表变形数值模拟研究

采用 2D -FLAC软件 ,依崩落法工艺流程建立地下开采地表变形动态分析模型。金山店铁矿余华寺矿区计算结果表明 ,在 - 1 5 0m水平以上开采时移动角和崩落角比较小 ,继续开采时变形趋于平缓 ,找到了影响地表变形的主要因素 ,指出矿山深部开采应该注意的问题 。

沿空留巷围岩控制理论与实践

在采场覆岩运动特征分析基础上,阐明了采空侧楔形区顶板的传递承载机制;提出留巷围岩区域应力优化技术思路,研究了采空侧顶板预裂卸压机理;基于巷旁支护系统刚度匹配原则,提出整体强化的沿空留巷结构控制原理。总结出预裂爆破卸压、分区治理、结构参数优化、"三位一体"围岩控制及墙体快速构筑等沿空留巷围岩控制关键技术,并给出了厚层坚硬顶板直覆和深井复合顶板2个典型条件下的工程案例。

大结构参数无底柱分段崩落法的发展及技术问题探讨

无底柱分段崩落法引入我国已有近50 a的历史,在铁矿石开采中占有重要地位,也取得了丰硕的研究成果,近年来正向大结构参数发展。从历史地位、铁矿石经济发展需求、待开发矿体赋存特征、露天转地下的适应性等方面分析了无底柱分段崩落法仍将是未来主要的采矿方法。并从设备配套、爆破问题、基于现场出矿的放矿理论等方面论述了我国大结构参数发展下需要注意的问题,对大结构参数的快速发展,充分发挥大结构参数无底柱分段崩落法的优越性具有积极意义。

无底柱分段崩落法采场稳定性分析

无底柱分段崩落法是国内外地下矿山广泛采用的采矿方法。长期以来由于受凿岩、装药以及出矿设备的制约,国内矿山大多采用小结构参数的无底柱分段崩落法,所产生的地压问题十分严重,开采效率低。近年来无底柱分段崩落法朝着增大采场结构参数的方向发展,不但有利于改善采场稳定性,同时还降低了生产成本。因此,开展采场稳定性分析有利于实现安全、高效开采。采用三维有限元方法对10 m×10 m、15 m×15 m、15 m×20 m共3种不同结构参数的崩落法采场进行了数值模拟,对进路开挖与矿石回采两个不同过程的巷道顶板竖直位移、主应力进行分析。数值计算结果表明:进路开挖时15 m×20 m与10 m×10 m的结构参数相比较,巷道顶板的竖直位移降低了20.1%,最小主应力下降了约18.8%;开采过程中顶板的竖直位移、主应力值都比进路开挖时小,采场地压得到改善;进路开挖与矿石回采过程巷道顶板的竖直位移和主应力值都随着结构参数的增大而降低。因此,大结构参数能更好地改善采场地压,增强采场稳定性,采用大结构参数的无底柱分段崩落法是安全可行的。

边孔角对无底柱分段崩落法放矿影响的颗粒流数值模拟研究

以无底柱分段崩落法为研究对象,应用二维颗粒流数值模拟(PFC2D)的方法,研究了扇形炮孔边孔角变化对放矿过程的影响规律,并对其内部复杂的运动场、内力场,尤其是放矿过程中矿石颗粒对端壁产生的侧压力进行了模拟分析。研究结果表明,随着边孔角的增大,端壁所受的侧压力也随之增大;边孔角越小,极限平衡拱形成和崩解的现象发生得越频繁。

矿区区域性水平移动及其对竖井的影响

在小官庄铁矿,尽管矿山主、副井井塔楼处于传统的"移动角"之外,但观测资料表明,塔楼虽然远离开采边界,却仍然受到移动变形的影响。鉴于此,分析了区域性水平移动及其对矿山竖井变形的影响,认为区域性水平移动对竖井的影响不仅与保护矿柱的大小有关,而且还与采区工程地质条件及岩层物理力学性质、水平应力场状况、采矿方法及水文地质条件等因素有关。

大顶山矿区悬顶成因及防治措施研究

着重分析了四川锦宁矿业大顶山矿区出现悬顶现象的原因,提出了预防悬顶的措施,并介绍了一种新的处理悬顶的有效手段,以此为类似矿山提供有价值的参考。

无底柱分段崩落法多端壁倾角下崩矿步距优化

分析了崩矿步距优化的原则,确定以＂回贫差最大＂作为最优指标判据,以端部放矿实验为手段来测绘该结构参数下的放出体形态,利用实验获得的形态参数,计算崩矿步距的最优范围,辅助＂相似矿山类比法和经验法＂,最终确定崩矿步距的最优范围为3.6~4.8 m.此外,考虑端壁前倾对降低贫化率和废石混入率具有较好的效果,参照国外生产矿山实际应用,以1∶50相似比开展了端壁倾角为80°,85°,90°条件下最优步距范围内3.6,4.0,4.4,4.8 m的放矿步距相似实验.实验结果表明,步距4.4 m,倾角90°方案对应的参数为梅山铁矿18 m×20 m条件下最佳结构参数.

金山店铁矿东区崩落法开采岩层移动变形规律研究

根据金山店铁矿东区工程地质特点和开采技术条件,在空间几何形态和力学性态上,建立了具有较高仿真度的三维数值分析模型。利用西采区地下开采地表监测数据反演出矿岩体力学参数,以此对东区数值分析模型的矿岩和结构面力学参数进行赋值。分别按地下开采没有冒通地表和冒通地表2种模式计算了8个方案,预测了岩层移动角随开采深度的变化趋势,为土地征购和房屋搬迁提供了重要的依据。

无底柱崩落采矿大断面结构参数的数值模拟研究

针对金山店铁矿亟需确定的大断面结构参数问题,采用东北大学研制的SLS崩落放矿模拟系统和ITASCA公司的岩土工程软件FLAC3D,对该矿三期的采场结构参数进行了模拟分析和研究。数值放矿试验表明,崩矿步距对矿石回收指标影响较大,崩矿步距3.5～4.5m更有利于指标回收,兼顾爆破参数因素时推荐为3.5m。通过进路群开挖的数值模拟,并对开挖过程围岩的位移、应力和塑性区进行分析,发现开挖后塑性区范围不大,巷道具有良好的稳定性。因此,拟采用的进路参数从矿石回收指标和巷道稳定性方面看是较合理的方案。

缓倾斜中厚矿体无底柱分段崩落法下盘残留矿石合理回采工艺研究

详细分析了下盘残留矿石比例以及下盘残留矿石回收的特殊性对矿山矿石回收效果的影响。分析表明,下盘残留矿量比例主要受矿体赋存条件以及采矿方法主要结构参数影响,矿体厚度越小、倾角越缓,结构参数越大,下盘残留矿量比例越大,由矿岩混采造成的下盘残留矿石回收效果越差,改进下盘残留矿石回采工艺是保证下盘残留矿石充分回收以及矿石整体回收效果的关键。最后针对传统切岩回采下盘残留矿石工艺造成的矿体下盘残留矿石退采不充分及矿石回收效果差问题,提出了下盘切岩开采+上分段下盘进路间柱辅助回采进路回采下盘残留矿石新工艺以及增大矿体下盘崩矿步距、矿体下盘边孔角等降低矿石损失贫化技术措施,对目前国内相关矿山具有重要的借鉴意义。

无底柱分段崩落法矿石损失贫化分析

从无底柱分段崩落法结构参数、放矿方式、多分段放矿和回采边界条件等4个方面分别分析与矿石损失贫化关系,用“自适应”原理解说进路间距在一定范围内变化时损失贫化变化不大的原因以及多分段放矿矿石损失由变化到稳定的关系;分析矿岩混杂层形成、回收和计算及其对矿石回收的影响;得出使用多分段同时回采是缩短无贫化(低贫化)放矿初期影响矿石产量时间的有效措施;倾斜厚矿体使用无贫化(低贫化)放矿与截止品位放矿组合方式可大幅度降低贫化率等。最后提出矿石损失贫化综合分析方法。