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崩落法转充填法开采安全隔离层厚度研究

中国矿业 2024年第8期33卷 176-183页

作者：何环莎王旭刘畅赵亮吕冠颖吴翔伟长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012 湖南省矿山地质灾害防治与环境再造工程技术研究中心湖南长沙410012

地下矿山崩落法转充填法开采是矿山行业维持可持续发展与保护生态环境的重要趋势,为保障某大型地下矿山崩落法转充填法安全开采的有序衔接,本文对该矿安全隔离层厚度及稳定性进行了深入的计算与分析。首先,通过荷载传递线交汇法、结构... 详细信息

地下矿山崩落法转充填法开采是矿山行业维持可持续发展与保护生态环境的重要趋势,为保障某大型地下矿山崩落法转充填法安全开采的有序衔接,本文对该矿安全隔离层厚度及稳定性进行了深入的计算与分析。首先,通过荷载传递线交汇法、结构力学简化梁法、普氏拱理论计算了隔离层厚度,厚度分别为19.5 m、20.1 m和22.7 m;其次,建立三维精细化矿体开采模型,设计崩落法转充填法安全隔离层15 m、20 m、25 m三种厚度方案进行对比,采用有限差分计算软件FLAC^(3D)对矿体崩落法分层开采、充填法首采中段开挖进行了全过程模拟。研究结果表明:安全隔离层厚度20 m时,最大沉降变形值为21 cm,最小主应力为压应力0.05 MPa,隔离层岩体未出现受拉破坏,产生的塑性破坏区域零散分布,影响范围有限。综合理论计算和数值模拟结果,最终确定矿山安全隔离层厚度应不小于20 m。矿体留设安全隔离层可有效降低崩落法开采和充填法开采区域的相互影响,保证深部矿体充填法开采的安全进行,研究方法和结果可为相似条件矿山提供参考。

关键词：崩落法转充填法安全隔离层厚度数值模拟岩层移动稳定性分析

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某铜矿新型胶凝材料充填试验研究

采矿技术 2024年第2期24卷 238-242页

作者：吴钒吕冠颖戴超群铜陵有色金属集团股份有限公司安庆铜矿安徽安庆市246000 长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 湖南省矿山地质灾害防治与环境再造工程技术研究中心湖南长沙410012

针对某铜矿分级尾砂和铜冠新型胶凝材料开展充填试验,验证铜冠新型胶凝材料与现有充填系统的匹配性。制定合理的采场充填方案并进行工业试验,推进铜冠新型胶凝材料的现场应用,降低矿山充填成本,提高矿山经济效益。通过分析充填工业试验... 详细信息

针对某铜矿分级尾砂和铜冠新型胶凝材料开展充填试验,验证铜冠新型胶凝材料与现有充填系统的匹配性。制定合理的采场充填方案并进行工业试验,推进铜冠新型胶凝材料的现场应用,降低矿山充填成本,提高矿山经济效益。通过分析充填工业试验及原位取样结果,判定铜冠建材5^(#)胶凝材料可用于该矿分级尾砂胶结充填,推荐一步骤采场底部和顶部充填体灰砂比为1∶6,采场中部充填体灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度控制在71%~73%。研究表明,应用铜冠5^(#)胶凝材料替代P·O32.5基准水泥充填时,全矿充填胶凝材料成本可降低20%。

关键词：分级尾砂新型胶凝材料胶结性能充填体强度充填系统

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Q系统岩体质量分级方法优化研究

Q系统岩体质量分级方法优化研究

作者：吕冠颖长沙矿山研究院

学位级别：硕士

湖南省花垣县铅锌矿储量丰富,一直采用房柱法开采,留下了大量的未处理连片采空区,累计采空区体积超过5000万立方米。通过对多个采区的采空区结构参数调查结果统计分析,发现大量的采空区顶板跨度、暴露面积严重超过设计参数,矿柱留设极... 详细信息

湖南省花垣县铅锌矿储量丰富,一直采用房柱法开采,留下了大量的未处理连片采空区,累计采空区体积超过5000万立方米。通过对多个采区的采空区结构参数调查结果统计分析,发现大量的采空区顶板跨度、暴露面积严重超过设计参数,矿柱留设极不规范,虽然也存在局部冒落、矿柱开裂变形等破坏现象,但整体上并未产生大面积坍塌。采用传统岩体分级以及理论方法分析的采空区稳定性状况不符合现场工程实际情况。本文通过采空区现场实测参数与已有的岩体分级方法对比研究,围绕如何对采空区极限跨度及暴露面积进行准确计算,开展了以下研究工作:(1)收集整理现场资料,对矿山主要岩体灰岩、白云岩进行了室内岩石力学实验,得到相关岩石力学参数。根据工程地质调查结果,采用RQD、RMR、巴顿Q系统分类进行了岩体质量分级,在Barton极限跨度分析法及Mathews图解法的基础上,计算得出采空区顶板容许跨度及暴露面积。(2)通过统计花垣铅锌矿山1236个采空区样本参数,与以Q系统岩体分级方法为基础的采空区结构参数计算结果进行对比,因分级方法统计样本的局限性,造成对于大尺度采空区的评判结果准确度降低,出现不符合现场实际情况的现象。(3)采用分层嵌套的方式建立了不同水力半径的采空区模型,利用Midas GTS NX、Flac等软件,对不同开采深度、不同水力半径、不同岩性条件三个因素构成的175个实验样本进行了有限单元数值模拟分析,通过应力、位移及围岩单元破坏率分析,得到不同影响因素与采空区围岩稳定性之间的关系。(4)在数值模拟计算的基础上,采用@Risk软件分析了围岩单元破坏率,对破坏概率数据进行了差值拟合,得到新的Mathews稳定-过渡、过渡-崩落界线;对拟合的Mathews稳定-过渡曲线反算,修正了Q系统极限跨度计算公式。优化后的Mathews稳定图及Q系统极限跨度计算方法所得计算结果更贴近工程实际情况,对采空区样本稳定性评价结果更准确,研究成果对完善岩体分级方法具有一定指导意义。

关键词：采空区 Q系统岩体质量分级 Mathews稳定图数值模拟破坏概率

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矿柱形态对地下矿山采空区稳定性影响规律

湖南科技大学学报（自然科学版） 2021年第3期36卷 16-21页

作者：何环莎黄敏吕冠颖刘畅长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012 紫金矿业集团股份有限公司福建上杭364200 江西理工大学资源与环境工程学院江西赣州341000

地下矿山采用房柱法开采时采场点柱一般不进行回收,矿柱约占储量的20%~30%.为减少矿柱矿量,同时保证矿柱及采场的稳定性,利用三维建模软件Midas-GTS-NX及有限差分法软件FLAC3D联合模拟计算,对矿柱形状进行模拟分析及对比研究,分析了相... 详细信息

地下矿山采用房柱法开采时采场点柱一般不进行回收,矿柱约占储量的20%~30%.为减少矿柱矿量,同时保证矿柱及采场的稳定性,利用三维建模软件Midas-GTS-NX及有限差分法软件FLAC3D联合模拟计算,对矿柱形状进行模拟分析及对比研究,分析了相同围岩条件下不同形状的矿柱自身及采场顶板的稳定性.研究表明:方形和圆柱形矿柱稳定性较好,但圆柱形矿柱较方形矿柱回采率高,其余形状的矿柱在相同围岩条件下容易产生应力集中现象,稳定性较差.在实际生产中可考虑留设圆柱形点柱,既能保证采场稳定又可提高回采率.该研究为房柱法开采中的矿柱和采空区稳定性判定提供了参考依据.

关键词：房柱法开采矿柱形状采场稳定性数值模拟

近巷道下部矿体开采对巷道稳定性影响数值模拟分析

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矿业研究与开发 2017年第6期37卷 84-86页

作者：吕冠颖唐绍辉黄敏付俊长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012

针对某矿山主要运输巷道下方、老采空区上方矿体回采对主要巷道的影响,通过建立相关模型并利用有限元分析软件FLAC^(3D)进行了数值模拟分析。结果表明,该矿体的回采会使采空区边界部位发生应力集中现象,其中最大主应力值为32 MPa,最小... 详细信息

针对某矿山主要运输巷道下方、老采空区上方矿体回采对主要巷道的影响,通过建立相关模型并利用有限元分析软件FLAC^(3D)进行了数值模拟分析。结果表明,该矿体的回采会使采空区边界部位发生应力集中现象,其中最大主应力值为32 MPa,最小主应力值为7 MPa,同时矿体开挖会使上部巷道产生最大约9.9mm的位移,建议在生产作业时合理留设矿柱或采取相应支护措施以保证安全。

关键词：采空区巷道稳定性数值模拟 FLAC^3D

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近地表破碎盲矿体回采方案研究与优化

地下空间与工程学报 2023年第S2期19卷 804-812页

作者：赵亮吕冠颖栗盼平钟志强余江明长沙矿山研究院有限责任公司长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室长沙410012 新疆哈巴河阿舍勒铜业股份有限公司新疆哈巴河县834025

为了安全高效的回收资源,以阿舍勒铜矿新探明的高品位锌矿体为例,开展回采方案研究工作。根据矿体赋存状态和工程地质条件,初步提出上向进路充填法、上向水平分层充填法和分段凿岩分段出矿空场嗣后充填法三种回采方案。通过采切比、回... 详细信息

为了安全高效的回收资源,以阿舍勒铜矿新探明的高品位锌矿体为例,开展回采方案研究工作。根据矿体赋存状态和工程地质条件,初步提出上向进路充填法、上向水平分层充填法和分段凿岩分段出矿空场嗣后充填法三种回采方案。通过采切比、回采工艺、经济技术指标和安全可靠性等因素对比分析,结合模糊综合评判法确定上向进路充填法为最优回采方案。为克服进路法产能较低的缺点,提出以RQD岩体质量分级为基础的组合回采方案:Ⅱ~Ⅲ级岩体采用分段凿岩分段出矿空场嗣后充填法,IV~V级岩体采用进路法。最后,最大化利用矿山现有工程,设计经济合理的开拓系统。

关键词：地下开采近地表破碎盲矿体回采方案优选 RQD岩体质量分级模糊综合评判

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基于声发射法的地应力研究

采矿技术 2021年第3期21卷 52-54页

作者：刘畅赵亮吕冠颖胡鹏长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012

为了研究某矿山深部地质条件下的地应力分布规律,分别在950 m、1050 m、1150 m水平取样进行岩石试件声发射试验,利用声发射Kaiser效应原理,测量了不同埋深的地应力,经计算得到测点的主应力。结果表明:最大主应力,最小主应力,垂直应力均... 详细信息

为了研究某矿山深部地质条件下的地应力分布规律,分别在950 m、1050 m、1150 m水平取样进行岩石试件声发射试验,利用声发射Kaiser效应原理,测量了不同埋深的地应力,经计算得到测点的主应力。结果表明:最大主应力,最小主应力,垂直应力均随着埋深呈线性增长,测量及计算结果均符合地应力分布规律。该研究可为矿山深部安全开采提供指导。

关键词：地应力声发射岩石力学深部采矿

基于Phase2的不同配比充填体厚度的数值模拟研究

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中国安全生产科学技术 2017年第7期13卷 124-131页

作者：黄敏唐绍辉黄英华吴亚斌吕冠颖长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 国家金属采矿工程技术研究中心湖南长沙410012

在充填体作用机理,稳定性分析与监测,爆破地震效应,静动态特性及损伤理论等方面的研究基础上,依托安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法第一步骤采场的充填现状,采用Phase2软件建立了多种数值分析模型对不同灰砂比充填体厚度的充填效果进行... 详细信息

在充填体作用机理,稳定性分析与监测,爆破地震效应,静动态特性及损伤理论等方面的研究基础上,依托安庆铜矿高阶段大直径深孔采矿法第一步骤采场的充填现状,采用Phase2软件建立了多种数值分析模型对不同灰砂比充填体厚度的充填效果进行数值模拟研究,并进行了多方案技术经济对比分析。研究结果表明:灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10对应充填体厚度分别为10,24,22 m时,为最优方案。该充填体厚度可为矿山采场充填配比设计、充填管理及充填质量提供技术参考。

关键词： Phase2 高阶段大直径深孔采矿法充填体厚度充填体强度数值模拟

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某铁矿深部开采水平隔离矿柱厚度优化研究

矿业研究与开发 2023年第8期43卷 13-18页

作者：吕冠颖王阡王翔宋阳胡军伟刘钊君长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012 临沂会宝岭铁矿有限公司山东临沂市277712

为保障某铁矿深部二期矿体开采安全,留设合理的水平隔离矿柱,通过分析矿山开采现状及工程地质条件,初步确定15 m、20 m和25 m 3个方案的水平隔离矿柱厚度,采用MidasGTS软件建立三维模型,运用FLAC3D软件模拟分析矿山二期采场回采后保安... 详细信息

为保障某铁矿深部二期矿体开采安全,留设合理的水平隔离矿柱,通过分析矿山开采现状及工程地质条件,初步确定15 m、20 m和25 m 3个方案的水平隔离矿柱厚度,采用MidasGTS软件建立三维模型,运用FLAC3D软件模拟分析矿山二期采场回采后保安矿柱的位移、应力变化、塑性破坏状况。模拟结果表明:3个方案中矿柱的最大位移分别为5.57 cm、5.48 cm和5.38 cm;最大拉应力分别为0.52 MPa、0.43 MPa和0.40 MPa;方案1产生了连片密集塑性单元,且矿柱局部区域被塑性区贯穿,矿柱已发生剪切破坏;方案2和方案3塑性区范围较小,仅出现零星破坏单元。随着水平隔离矿柱厚度减小,矿柱内位移、应力和塑性区均呈增大趋势,矿柱稳定性降低,建议保留不小于20 m的水平隔离矿柱。

关键词：隔离矿柱深部开采围岩稳定性分析 FLAC3D数值模拟