采场结构体回采可移动性分析

采场范围内存在的结构体严重影响地下矿山安全生产,分析不同回采顺序下采场结构体可移动性具有重要意义。以块体理论为基础,结合空场法开采的采场空间属性,分析了结构体在采场内的一般嵌套模式。运用GeneralBlock程序建立了采场结构体模型,对采场内结构体的类型、体积和位置等元素进行了解构。利用矢量方法分析了不同回采顺序下采场结构体可移动性,并利用力学方法分析了考虑岩桥破坏时的矢量不可动结构体的回采移动性,推导了结构体破坏岩桥移动的条件公式。以铜坑矿锌多金属矿体1#矿块采场为样本,进行了回采可移动性实例分析,结果表明：一端至另一端后退回采时,4个结构体滑动;中间至两端后退回采时,7个结构体滑动,1个结构体破坏岩桥后滑动;上向水平分层回采时,4个结构体滑动,2个结构体掉落。研究成果可为地下矿山裂隙矿岩空场法回采顺序的合理选择及采场安全管理提供技术指导。     

顶板对称固定块体最小固定面积松弛分析

现有顶板对称固定块体的稳定性分析,未考虑原岩夹持力与结构面断裂的影响,易造成分析结果的不准确。基于松弛分析法,分析了受夹持力时对称固定块体的受力情况,推导了结构面断裂下固定面处等效应力公式,探讨了受夹持力与结构面断裂共同影响时固定面处的联合应力分布状态,并给出了对称固定块体最小固定面积的解析解;运用PFC^2D软件,模拟了对称固定块体的失稳过程,对比了最小固定面积数值解与解析解结果间的差异性;对广西高峰矿105~#矿体某巷道顶板现场破断现象进行了实地调查。分析结果表明：(1)顶板对称固定块体的最小固定面积分别与块体高度、结构面和竖直面的夹角正相关;(2)最小固定面积的数值解与解析解结果基本一致,二者平均相对误差为7.4%;(3)夹持块体呈断裂脱落并在巷道顶板处留下可见最小固定面积,现场破断现象与松弛分析结果、数值分析结果相吻合。研究成果表明基于松弛分析法的顶板对称固定块体稳定性分析是科学合理的。     

采空区块体稳定性的模糊随机可靠性研究

在介绍块体稳定可靠性分析各种方法的基础上,分析了采空区块体稳定状态的随机性和模糊性的特点,根据块体理论与模糊分析学中的模糊测度理论,提出了块体稳定性的模糊随机可靠性分析方法,建立了块体稳定性模糊概率测度计算公式,并将该方法应用于浙江遂昌金矿采空区顶板围岩块体稳定性分析的工程实践中,计算结果表明,块体稳定性较差,采空区残留矿柱回采前,需采取相应的安全措施。     

金属矿山矿块单元结构体组合关系研究

在岩体结构分析中常用表面迹长或其演算值表征结构面延展性,可能存在结构面的过度切割或是结构体识别不全面等问题。基于结构面表面迹长l,对其延展性进行概率分析,推导出结构体形成的概率计算式,给出不同结构面延展性下的结构体组合分类。以铜坑矿锌多金属矿体地下开采工程为背景,选择+255m中段3~#矿块单元为试验区,开展采场和矿柱区域各种可能性的结构体组合关系研究。结果表明,圆盘结构面延展性最大概率区间为[0.5l,0.8l];可将结构体组合分为最小限定组合、最大限定组合以及可变组合3种类型;试验区采场和矿柱区域存在不同的结构体组合形式,其中D6结构体区域应在开挖后及时支护,工程中应尽可能辅以多种岩体结构监测手段,以便更精确地推演出结构体组合真值。研究成果可为区域岩体的结构体组合关系分析提供参考。     

边坡岩体结构的三维失稳形式及稳定性分析研究

由两组结构面控制的四面体块体是岩体中最基本的结构体, 其稳定性取决于块体所受荷载及结构面上的摩阻力。正确判定边界面上摩阻力分布是评价块体稳定性的关键。本文提出的块体稳定性分析适用于岩体所受荷载为三维非共点力系。在不同外力作用下块体可产生平动、转动、翘扭及倾倒等各种三维失稳组合形式, 从而得到更为合理的块体稳定性评价。     

考虑岩桥破坏的块体稳定性分析方法

经典块体理论在进行块体可移动性分析和稳定性计算时是分步独立进行的,默认不可移动块体是稳定的,对不可移动块体不再进行稳定性分析。实际工程中,某些阻碍岩石块体运动的“岩桥”可能发生破坏,使得不可移动块体发生滑动。当块体的规模比较大时,在重力作用下破坏局部岩桥的可能性会增高。文中提出一种考虑岩桥破坏的块体稳定性分析方法,不再默认不可移动块体绝对稳定,计算块体稳定系数时,将阻碍块体移动的岩桥的抗剪切力纳入到块体的抗滑力中。该方法首先找出块体所有可能的滑动面和裂隙交线,识别块体沿每一个方向运动时需要破坏的岩桥,基于摩尔-库仑强度准则计算出块体沿每个方向运动时的稳定系数,然后,选取最小的稳定系数作为块体的实际稳定系数,最小稳定系数对应的方向即为块体最有可能的运动方向。     

矿石崩落块度的三维建模技术及块度预测

以金川集团Ⅲ矿区为研究对象,根据现场不连续面参数调查结果,利用Monte Carlo模拟方法,产生不连续面综合数据库。然后确定构成岩块的节理面数量、建立三维坐标系统中节理面方程、确定构成岩块的顶点和每个顶点的坐标,并计算岩块的体积、判别岩块的形状特征,从而对矿石崩落块度进行预测。矿石的崩落块度直接影响采场的底部结构设计、出矿设备的选择、二次破碎、炸药消耗的估算等。经过模拟得出的崩落块度预测结果为: 等效尺寸大于0.9 m的块体筛上累积体积百分比为38.2 %,大于1.3 m的块体筛上累积体积百分比为17.2 %。     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明:三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

基于坐标投影法岩质边坡块体稳定性分析及其可视化研究

块体塌落或滑动是岩质边坡工程的重要破坏形式之一,因此块体稳定性分析是岩质边坡工程中一项极为重要的内容。以浙江仙居县神仙居岩质边坡为研究背景,对块体稳定性分析及可视化进行研究。基于线性回归法和非均匀有理B样条法提出拟合结构面和临空面的新方法。基于坐标投影法提出单滑面和双滑面型块体的稳定系数计算方法,将无人机与坐标投影法结合,并基于Matlab开发出适于岩质边坡工程中平面多面体块体和曲面块体稳定性分析的CPG程序。该程序可实现结构面、临空面及不稳定块体的空间表示及可视化。工程实践表明,该研究可高效、准确地处理落石、崩塌等工程地质灾害问题。程序计算结果与坐标投影块体理论计算结果基本一致,块体稳定性分析方法可靠,开发的CPG程序可行,可大幅提高块体稳定性分析效率,具有实际工程意义。     

块体理论赤平解析法在锦屏二级水电站皮带机隧洞稳定分析中的应用

块体理论是适用于分析节理发育破碎刚性岩体稳定性的有效方法。锦屏二级水电站皮带机隧洞岩体不连续面发育,隧洞开挖面是否产生可动块体影响着皮带机隧洞的稳定性。在对皮带机隧洞详细的地质调查和研究基础上,运用块体理论赤平解析法分析皮带机隧洞的稳定性,对各不连续面和开挖面构成的可动块体滑动形式进行判断,得出了块体的失稳形式以单面滑动为主,双面滑动和垂直掉块相对较少的结论;同时得出皮带机隧洞各部分可动块体分布的直观统计结果,即皮带机隧洞左侧墙,左、右顶拱失稳块体较多,右侧墙较少。     

裂隙化硬岩洞室围岩失稳分析方法

根据岩体的力学介质分类和块体理论及赤平投影,结合工程实例,推导了滑动方向的计算公式,研究了裂隙化岩体地下采空区围岩的稳定性分析方法。利用该方法分析了华北某大型地下采空区围岩的稳定性,展示了该模型的实用性。     

Numerical modelling of staged stope extraction in a tabular steeply dipping deposit

Stope stability is a key factor for the success of a mining operation. To optimise ore productivity while maintaining stope stability, the mining block/stope must be extracted in stages. Ore dilution will occur if the stope is not properly excavated/blasted. This study examines stope stability during mining in three stages, where the height of each stage stope is 10 m. The paper also presents simulation analysis of a typical steeply dipping tabular orebody at 1200 m depth below the surface, which is common in many Canadian underground hard rock mines. Numerical modelling analysis was conducted using the finite element program, RS^2D, where the non-linear elasto-plastic Mohr-Coulomb failure criterion was adopted. The rock reinforcement system (i.e. cable bolts) was modelled/installed in the stope footwall after each mining stage to strengthen access drifts and stabilise the rock mass around the stope that was disturbed by mining activity. Results are discussed in terms of depth of failure zones, total deformation and axial forces in cable bolts with respect to mining stage.     

Assessment and Control of Ore Dilution in Long Hole Mining: Case Studies

Unplanned ore dilution has a direct and large influence on the cost of a stope, and ultimately on the profitability of a mining operation. This paper presents the results of an examination of factors influencing ore dilution in a blasthole stoping environment. For the study, a comprehensive database was established, incorporating information related to the design, construction, excavation and cavity surveys of 172 sequentially mined long hole stope case histories from two orezones. Through a review of the case studies, it was demonstrated that, in addition to stope dimension, the amount of unplanned dilution differed according to stope type. Five stope types were identified, based on their position within a tabular blasthole mining sequence. Measured overbreak varies with stope type, with secondary stopes generating a greater volume of hanging-wall dilution than do primary stopes. Furthermore, a case study is presented to demonstrate the role cablebolts installed in the stope hanging-wall play to control ore dilution. The study illustrates relationships between measured hanging-wall overbreak, cablebolt orientation and stope type.     

模糊评判在露天转地下矿山的矿房结构参数优化中的应用

模糊评判法能较好地解决方案选择的问题。本文针对石人沟铁矿露天转地下矿山过渡期开采期间,矿山地下开采带来的露天边坡、地下采场稳定性问题,通过数值模拟,得到地下第一中段开采时地下采场和边坡的应力、应变数值,并结合矿块的采切比、矿块回采率经济指标,运用模糊数学的方法,建立了考虑经济效益的稳定性模糊评判模型。通过合理确定评价指标的隶属度函数和利用二元排序法构造判断矩阵确定各评价指标的权重,对9种方案进行了综合评判,确定了最优方案,选出了合理的矿房结构参数,既可保证矿山的安全生产,又可保证矿山经济效益。     

Comprehensive Engineering Geological Analysis on Large-Scale Anti-dip Slopes: A Case Study of Changshanhao Opencast Gold Mine in China

Flexural toppling failure of large-scale anti-dip slopes constitutes a significantly rare phenomenon. With regard to the large-scale anti-dip slope instability at the southwest stope of Changshanhao Opencast Gold mine, in this work, a field engineering geological survey on the Changshanhao open stope was conducted, to investigate the structural plane features of the corresponding slope rock mass. Moreover, an equatorial horizon projection and strike rose diagram were utilized to determine the preferred structural plane of the joint fissures; the exposed rock mass integrity zoning of slope and the rock sample property testing on the main lithological compositions in the stope were also established. Based on the results of previous field investigations and indoor rock mechanics experiments, along with the occurrence conditions of stratigraphic structures unmasked by existing engineering geology borehole data, geographical explorations and mining engineering, the failure mode of southwest stope slopes were also determined. Finally, several suggestions were provided on the reinforcement and treatment of dangerous slopes within the ultimate mining boundary, consequently laying a foundation for sustainable safe mining.

     

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。     

基于蒙特卡罗随机模拟的矿岩崩落块度预测研究

基于实测节理面空间几何参数,采用蒙特卡罗方法对某大型镍矿III矿区节理空间进行了模拟。采用自主研发的三维矿岩块度预测软件MAKEBLOCK对其矿岩块度分布进行了预测和分析。结果表明,该矿区大多数矿岩块体体积小于 0.2 m3,绝大多数块体形状为盘状和块状,块体等效尺寸大多在0.2 m到1.5 m之间。预测结果可以作为自然崩落法工程设计与实施的参考依据。     

多因素组合影响下向进路充填顶板稳定性计算

下向分层进路充填采矿法中,进路充填顶板的稳定对回采过程安全性至关重要,而分层充填体叠加载荷计算一直是顶板稳定性分析的难点。在充分考虑采动岩体荷载、矿体倾角、相邻分层间回采进路的交错布置、充填体与围岩的接触等工程实际后,推导了进路顶板平衡微分方程,求解得到进路顶板静荷载的理论值。结合回采工艺建立了“多跨梁”力学模型,并得到了回采进路顶板拉应力的理论计算公式,分析得到影响进路顶板稳定性的4个重要理论因素：顶板上部载荷σ v、回采进路跨度l、1:4充填体的厚度h、充填体自身抗拉强度[σt]。为充分考虑进路顶板静载荷和回采爆破动载荷影响,利用FLAC^3D对多因素影响下的顶板稳定性进行了数值模拟正交计算。根据模拟结果,分析了各因素对顶板拉应力的影响规律,利用多元非线性回归的方法建立了多因素组合影响下顶板稳定性评价模型。该模型应用到某铜矿试验采场的实际生产,具有较好的指导作用。     

深部变面长采场顶板破断演化的力学机制分析

不规则煤层开采容易引发顶板应力集中、矿压显现异常等问题,为探究变面长采场顶板破断规律与结构演化特征,针对工作面斜长由小变大的突变型采场不同开采阶段的几何特征与力学成因,运用小挠度薄板弯曲理论依次建立并解析4种边界条件的顶板结构模型。根据变面长采场顶板矿压分区显现特征,采用MATLAB与FLAC^3D数值模拟方法分析顶板破断规律与宏观力学响应。通过系统分析与总结归纳,构建了变长工作面“三场三区三结构”的覆岩结构传递演化模式,提出了“两场两规律”的顶板分区破断效应。并通过典型工程案例的矿压实测进行应用验证。结果表明：变面长采场分为小面采场、变面采场和大面采场,小面采场顶板为缓压型结构,发生的是传统“O-X”形破断;变面采场顶板为突变型结构,顶板断裂产生的延长形与漂移形“O-X”破断裂隙与大面采场增压型结构顶板的裂纹发育特征较为相似,故将二者整合为全大面采场;全大面采场顶板发生的是“X-O”形破断,裂纹继续发展产生延长形破断,形成“两场两规律”的顶板破断理论。研究结论为探明变面长采场的覆岩运移本质,加强深部复杂煤层赋存条件下的顶板灾害防控提供了重要依据。