顶板诱导崩落模式选择时变数值分析

顶板诱导崩落是一种新的空区处理技术,其实施效果与诱导崩落施工路径、方法和顺序有关,同时矿岩体作为一种弹塑性体,具有非线性时变力学特征。运用时变力学的基本理论,建立了顶板诱导崩落的时变力学有限元基本方程。针对大厂铜坑矿92号矿体试验采场的地质特征,构建了顶板诱导崩落的时变力学有限元模型,采用多步骤开挖模拟两种不同顶板诱导崩落模式,研究两种不同工序的顶板塑性区发展、东西预裂与崩顶硐室的位移及其安全系数,分析了其对采场的综合效应。结果表明,先预裂后崩顶的顶板诱导崩落模式有利于顶板崩落诱导,并综合考虑诱导崩落效果与作业安全,建议采用先预裂爆破后强制崩顶的微差爆破一次成型工艺。     

ANSYS在煤矿开采数值模拟中应用研究

以典型矿井山东华丰矿、阜新五龙矿和北京大台井为例,利用ANSYS有限元软件,对煤矿开采引起的地表沉陷、冲击地压危险区域确定和俯伪斜采煤法参数优化进行了数值模拟分析.分别针对所处的地质条件和赋煤状况,建立了二维或三维有限元模型,模拟计算了地表沉陷曲线和最大沉陷位置,指出山东华丰矿随开采推进沉陷位移和影响范围将逐渐扩大,最大沉陷位移逐步向开采方向前移的规律,当开采800 m时出现最大下沉速度3.5 mm/d,最大沉陷位移为3.7 m.五龙矿311面当开采100m和400 m时分别由于火成岩墙和应力集中区贯通导致顶板易断裂而极易发生冲击地压事故;大台井俯伪斜采煤法煤层倾角只有在60°～67° 时,推采距离才对煤层顶板法向最大压应力具有明显影响,且顶底板法向最大位移规律为上部位移大于中部位移,西中部位移又大于下部位移,在煤层倾角70°时,工作面超前支撑压力作用范围最小为30 m,而下巷道支撑压力作用范围最大为25 m,巷道数为3时,顶板下巷道超前支撑压力峰值位置为5.3 m.ANSYS计算结果表明,该数值模拟是合理的,与实际情况基本吻合,说明ANSYS在煤矿开采领域是一种有效的数值模拟工具.     

千米深井解放层开采卸压机理及效果分析——以华丰煤矿为例

解放层开采是煤与瓦斯突出、冲击地压等煤矿动力灾害防治的重要措施,以山东泰安千米深井华丰煤矿2613、2412工作面为背景,采用物理模拟与数值模拟相结合的方法,围绕解放层开采卸压机理、卸压效果评价等工程科学问题开展研究,明晰解放层开采后上覆岩层运动规律及矿压变化特征,厘清被解放层采动过程中采场应力与岩层位移演化规律,进而对解放层开采卸压效果和被解放层开采可行性进行指标化评价。结果表明：(1)解放层开采过程中,上覆岩层逐渐垮落形成漏斗状、非对称的多固支梁状结构,解放层开采结束后,采场左右两端分别形成对被解放层起永久性卸压保护的类悬臂梁结构,左右保护角分别为54°、60°。(2)解放层上覆岩层划分为“永久性卸压保护区”和“采空触矸压实区”,两种应力分布区对应解放层顶板应力最大值约20、36 MPa,对应被解放层内最大应力值约29、24 MPa,被解放层受两种应力区的叠加影响。(3)解放层开采结束后,工作面两端出现应力积聚,其他区域上覆岩层整体处于卸压状态,“采空触矸压实区”的持续发育已影响到被解放层,被解放层50～100 m区域沉降量约等于采高。(4)被解放开采过程中,覆岩板裂指数f为0.5...     

渗流对采空场处理的影响

应用渗流与应力耦合分析软件EPSCA3D和三维有限元软件ANSYS,分别研究了木架山和东桐峪金矿采空场处理前、后的顶板力学特性。结果表明,渗流将会引起采空场处理后的岩体移动量减小;顶板应力的变化取决于渗透性和流向;渗透性较流向对顶板应力重分布的影响更大;若渗流流向近似水平,则上部采空区顶板的拉应力增大,压应力减小;若渗流流向近似135°,则上部采空区顶板的拉应力、压应力都减小。渗透性和流向受赋存的隔水层的控制。     

基于COMSOL多物理场仿真计算下水利大坝静、动力特性分析研究

针对拟建水利枢纽工程中大坝静、动力特性问题,利用COMSOL多物理场仿真计算平台开展了不同工况的静力分析、不同方案的动力响应计算。静力分析中,拉应力最大、最小分别为完建期、死水位工况,分别为6.78 MPa、1.12 MPa,但两工况中最大压应力基本接近,温度效应与泥沙沉降作用对压应力具有提高效果。X、Y、Z向最大位移分别为完建期、温度荷载工况、泥沙沉降工况,分别达35.4 mm、45.68 mm、14.68 mm。动力响应计算中,自振频率随阶次均为递增,且施加反应谱加速度峰值愈高,则频率愈大;同时,峰值加速度与坝体位移、拉应力响应值均为正相关关系,峰值加速度增大2.5 m/s~2, X、Y、Z向位移平均增幅分别为1.95倍、62.8%、1.89倍,而拉应力增幅为1.1倍。论文为研究水利大坝动、静荷载下应力、位移特征提供了一定参考。     

基于极限分析法和数值模拟的条采岩层稳定性分析

为解决红阳二矿西三下部采区村下压煤问题,保证村下采区稳定安全,实现矿区可持续开采,以该采区压煤开采地质条件和煤层赋存情况为研究基础,应用轴向力作用下岩层稳定性极限平衡分析法进行理论分析,结合采煤沉陷预计软件对地表移动变形进行预计,利用数值模拟对理论分析和沉陷预计的结果进行合理性验证,综合以上研究过程得到如下结论:(1)村下压煤条采,沿采空区倾向,顶板位移从两边到中间呈增大趋势,且在采区中间位置达到最大位移值979.3 mm;(2)从采空区顶板至地表,沿采区垂向,岩层位移值呈减小趋势,在地表处达到最小位移值3.45 mm;(3)在采深760 m时,村下采空区上覆岩层应力分布重新达到平衡,可保持稳定大约10年,采深达到815 m时,采空区及上覆岩层逐渐趋于稳定并维持大约5.6年;(4)采煤沉陷预计地表最大沉降值W=720 mm;最大曲率值K=0.005×10~(-3)/m;最大水平变形值ε=0.45 mm/m;(5)数值模拟分析结果与极限分析法、采煤沉陷预计结果一致,可为村下压煤开采提供稳定性判据,避免了采区采动损害引发地表塌陷灾害。     

采动作用下上硬下软型缓倾岩质高边坡变形机理试验研究

我国西南岩溶山区地质环境复杂,地下开采活动频繁,大型崩滑灾害频发。为了了解上硬下软缓倾岩质边坡下覆矿层开采时坡体的沉降与地裂缝发育规律,以贵州普洒崩塌为例,通过相似模型试验,研究采动作用下,坡体的地表沉降、内部位移、层间压力变化规律、以及采动诱发的地裂缝发育情况。研究表明:在地下开采情况下,坡体地表沉降和内部位移随开采宽度增加呈线性增大;当开采宽度约为采高的16倍时,地表沉降突增,并伴随裂缝出现;测点越靠近地裂缝,沉降变化率越大,地裂缝发生位置与地表沉降变化率最大的测点大致出现在同一区域;掘进工作面推进时,采空区上方顶板岩层出现卸荷区域,压应力减小,而采动工作面煤层上方岩体出现层间挤压区域,压应力增加;采空区上方大于20倍采高范围以外,岩体层间压力受地下开采活动的扰动影响微弱。本研究为西南岩溶山区在地下采动作用下,对山体崩滑的早期识别与破坏机制分析具有一定的参考意义。      

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     

无人工作面开采坚硬顶板冲击运动的3DEC数值模拟研究

分4个阶段模拟了无人工作面开采坚硬顶板采场顶板的运动规律.第1阶段,坚硬顶板的悬而不落是下一区段无煤柱开采的隐患.开采范围达到8 000 m2时的第2阶段,采场坚硬顶板的冲击性垮落,使工作面前方煤体及巷道既已形成的高应力区骤然释放.开采范围继续扩大的第3阶段和第4阶段,坚硬顶板从整体大范围冲击性运动向周期性分段运动转化.北京矿务局木城涧煤矿无人工作面坚硬顶板在采场面积约为8 000 m2的初次冲击性垮落,验证了3DEC理论研究结论,其强制放顶等防冲措施实施的最佳时机为第2阶段的开采活动结束之前.     

深部开采覆岩应力变化规律模拟实验研究

为了研究深部开采条件下覆岩结构运动所引发的动力破坏特征及巷道围岩中采动支承压力分布规律,以某矿20180工作面覆岩为研究对象,通过相似材料模拟实验,得出了深部开采条件下覆岩应力变化规律。结果表明:顶板垮落规律显著,初次来压步距较长,周期来压步距基本相似;开采过程中底板与顶板支撑压力是动态变化的,并具有同步性;随着顶板岩层高度的增加,应力集中系数逐渐减小。根据底板和顶板的应力变化规律,将底板和顶板划分为五个区域,为深部开采条件下工作面巷道超前支护,采空区瓦斯抽放及矿压控制提供可靠理论依据。     

柿竹园多金属矿床开采方案确定的数值模拟研究

针对柿竹园多金属矿,在形成200万方大空区,部分矿柱跨塌,最大顶板连续暴露面积达8000 2,且不能采用充填法的情况下,如何立足矿山实际情况,合理规划矿产资源的整体开发,确保矿山企业的可持续发展问题,对该矿床的各种可能的开采方案进行了弹塑性有限元、离散元数值模拟研究,模拟研究的结果,对开采方案的确定具有积极的指导意义.     

Analysis of subsidence caused by underground mining

Summary Some aspects of subsidence caused by longwall coal mining are analysed using the finite element method. Results of the analysis are compared with a true mine panel, where measurements on subsidence were available. Rock deformations in the overburden were modelled by using an elasto-plastic constitutive model. The study indicates that the shape of the subsidence profile can be predicted reasonably well by using nonlinear finite element analysis.     

开采沉陷三维损伤有限元分析

针对上覆岩体结构的复杂性,将节理、裂隙及正交各向异性岩体视为损伤岩体,建立了裂隙损伤岩体三维动态有限元分析模型,给出了较详细的三维仿真模拟有限元实施格式,完成了可考虑多种工程因素且能在WINDOWS下运行的三维模拟软件。分析模拟结果显示,对岩体结构复杂性的处理方式是可行的,所研制软件是有效的。     

广西平果太平矿区外围铝土矿石工艺矿物学研究

以广西平果县太平铝土矿区外围的矿石为研究对象,采用化学分析、X射线粉晶衍射、光学显微鉴定、X射线能谱分析等方法对矿石的化学组成、矿物组成、矿物嵌布特征等进行了系统研究。结果表明,太平矿区外围铝土矿属于高铁的一水硬铝石型铝土矿,其中Al_2O_3含量为53. 06%,A/S值为10. 74,适用于拜耳法回收;共伴生组分中Fe_2O_3、Ti O_2、Ga、Nb达到综合回收利用指标。矿石选冶回收的目标元素Al主要以一水硬铝石、三水铝石的形式存在,平衡配分占比分别为85. 9%、6. 73%。矿石复杂的结构构造、矿物嵌布粒度、矿石中Fe、Si等元素不均匀分布等因素对Al的选冶回收有一定的影响。     

大冶铁矿露天转地下开采的离散元数值模拟研究

离散单元方法特别适合于节理比较发育的岩体。对于模拟和分析矿山中因采矿引起的围岩松动和冒落等力学行为是比较有效的。用离散单元法研究了大冶铁矿狮子山采区露天转地下开采，采用充填法、崩落法采掘对露天边坡和围岩的影响及围岩变形规律，并得出了相应的结论，为设计和方案的选用提供了一些有益的根据。     

露天与地下联合开采引起岩层移动规律的模型试验研究

非法开采对矿山开采稳定性具有重要影响,以某铁矿为例,进行了二维物理相似模型试验研究,分析得出了在考虑和不考虑非法开采两种情况下的地表变形规律和矿体围岩移动规律。试验结果表明,从-270 m采至-550 m水平期间,地表沉降和围岩变形呈缓慢增加趋势,但当从-550 m水平继续向下开采时,由于矿体倾角变得平缓,地表沉降、深部围岩变形都急剧增加,非法开采会造成矿体上部岩体的应力重分布,虽没有明显增大地表的沉降范围,但增加了开采点附近的地表沉降量,而且大大增大了地表岩层的水平移动。     

削壁充填采矿法在开采极薄矿床中的应用

在极薄矿体中采矿,应用削壁充填法能有效地控制采幅和矿石贫化,提高综合经济效益.     

基于Surpac的铜陵新桥矿床露天开采境界优化

矿床的境界优化就是要设计一个最为接近理想状态的模型,使矿山企业利润最大化,在满足经济和边坡角几何约束的条件下,设计一个最终开采境界.基于三维地质矿业软件,可以将三维可视化技术与矿床的后期开采、生产进度编排进行紧密的结合,完成矿体形态与工程实体的衔接,其不同于传统境界优化的方法,可以在三维空间内进行境界优化的应用和研究.本研究选取SURPAC三维地质矿业软件系统,结合铜陵新桥矿床的实际需求,基于三维数字矿山模型,使用L-G算法规范的数学逻辑结构对露天采场进行境界优化.其结果可以为扩大经济效益提供详实的数据基础,并为新桥矿床开展更为合理的开采生产安排提出合理化建议.     

Stresses and displacements due to underground mining using a finite element procedure

Summary A two dimensional finite element procedure is applied to simulate a coal mining excavation sequence. A procedure with linear solution steps is developed and applied to an idealized mountain cross-section with exceptionally thick coal seams and large dip angle. The results provide information on pillar pressure, floor and roof stability, displacement characteristics and surface subsidence.The results presented here were obtained in the course of research sponsored by the Department of Energy, Mines and Resources, Grant No. 69-2570.     

重庆城口锰矿红籽矿区地质特征及控矿因素分析

城口锰矿整装勘查区空白区块全隐伏锰矿体的揭露,标志着城口锰矿整装勘查深部找矿取得重大突破。红籽矿区锰矿呈层状产于陡山沱组顶部,层位稳定。根据岩芯观察、剖面观察、薄片观察、大比例尺地质填图等,展开了岩石学、地层学、沉积学、矿田构造地质学研究,认为红籽矿区菱锰矿层为陡山沱末期深海相向碳酸岩台地过渡时期产物,具台地边缘斜坡沉积特征。首次报道城口锰矿锰质热液运移通道疑似证据以及南大巴山北相区龙潭河组为城口锰矿锰质物源潜力大陆风化源区,红籽矿区矿层中微体藻类降解集合体以及红籽矿区西侧锰质叠层石的发现,再次证实了微生物在成矿过程中的富集作用。锰矿矿石矿物为菱锰矿,矿石结构以微晶、藻鲕为主。综合研究表明沉积相及物质来源控制了矿层沉积,区域叠瓦状-逆冲推覆作用与右型走滑作用控制了矿区锰矿产出形态,红籽矿区B断块、修齐矿区以南至坪坝-修齐断裂之间区块为下一步2000m以浅深部勘探有利区。