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微震监测技术在崩落法与充填法协同开采中的应用

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矿业研究与开发 2024年第6期44卷 228-233页

作者：李宏业武拴军王永定龙卫国龚臻谭宝会杨宁贾凯跃金川集团工程建设有限公司矿山工程分公司甘肃金昌市737100 金川集团股份有限公司龙首矿甘肃金昌市737100 西南科技大学环境与资源学院四川绵阳市621010

金川龙首矿西二采区为贫矿资源区,最初设计采用下向分层胶结充填法开采,但在生产后期由于开采成本的原因,将上部中段改用无底柱分段崩落法开采,从而在采区内形成了上部中段崩落法与下部中段充填法同时进行采矿作业的复杂局面。由于崩落... 详细信息

金川龙首矿西二采区为贫矿资源区,最初设计采用下向分层胶结充填法开采,但在生产后期由于开采成本的原因,将上部中段改用无底柱分段崩落法开采,从而在采区内形成了上部中段崩落法与下部中段充填法同时进行采矿作业的复杂局面。由于崩落法的地压活动规律及分布特点与充填法存在较大差异,为确保整个西二采区的稳定性,建立了立体包裹式微地震监测台网,对上、下中段的采场实现全面监测,同时自主研发了微地震安全监测平台,实现了微震信号的自动识别与分类、微震事件高精度定位及自动预警等功能。利用所建立的微地震系统对西二采区的整体稳定性进行实时动态监测。微地震监测结果表明,在两种采矿方法协同开采过程中,上部崩落法采场回采进路处于稳定状态,采场顶板胶结充填体发生冒落形成覆盖层,下部中段胶结充填法采场整体处于稳定状态。

关键词：微地震监测协同开采崩落法充填法采场稳定性

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崩落法开采引起的岩层移动时效性研究

岩土力学 2023年第2期44卷 563-576页

作者：刘轩廷陈从新夏开宗郑先伟王田龙袁家好中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071 中国科学院大学北京100049 武钢资源集团程潮矿业有限公司湖北鄂州436051

崩落法开采的金属矿山往往会伴随着一系列的地质灾害现象。为保证矿区安全生产,开展崩落法开采引起的岩层移动的时效性研究具有重要意义。以程潮铁矿西区下盘为研究对象,通过将地表10多年GPS监测数据的整理分析,并与现场破坏调查结果和... 详细信息

崩落法开采的金属矿山往往会伴随着一系列的地质灾害现象。为保证矿区安全生产,开展崩落法开采引起的岩层移动的时效性研究具有重要意义。以程潮铁矿西区下盘为研究对象,通过将地表10多年GPS监测数据的整理分析,并与现场破坏调查结果和工程地质条件相结合,进而探究不同分区下岩层移动的时效行为。研究结果表明:岩层移动的时效行为与其破坏过程有着密切的关系,不同分区下的岩层移动的时效行为是不同的,可分为初始变形、渐进变形、加速变形和残余变形共4个阶段,分别对应着稳定状态、临界状态、失稳状态以及采矿结束后的蠕变状态;初始变形阶段对应着岩体的初始蠕变过程,渐进变形阶段反映了岩体抵抗自身变形的过程,加速变形阶段与深部破坏面的形成和强烈的应力释放有关;崩落碎石在采矿作业停止后失去了流动空间,在岩体变形挤压下会对围岩提供支撑力进而限制了岩层移动的进一步发展;残余变形时间由岩体的蠕变特性和崩落碎石的压密过程所控制,倾倒滑移区因需要经历一个额外的碎石压密过程而导致残余变形时间更长。

关键词：金属矿山崩落法开采扰动岩层移动时效行为

金属矿“露天-崩落-充填”多采区联合开采地表移动规律研究

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矿业研究与开发 2024年第6期44卷 198-204页

作者：张玮马凯杨天鸿侯俊旭马庆山许友钦玉溪大红山矿业有限公司云南玉溪市653100 东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

金属矿多采区、多方法联合开采产生的地表移动变形具有复杂性,为揭示联合开采岩体移动变形规律,以大红山铁矿“露天-崩落-充填”联合开采为例,开展了三维有限元全弹性数值模拟研究,并对地表自动全站仪位移监测数据进行了分析。研究结果... 详细信息

金属矿多采区、多方法联合开采产生的地表移动变形具有复杂性,为揭示联合开采岩体移动变形规律,以大红山铁矿“露天-崩落-充填”联合开采为例,开展了三维有限元全弹性数值模拟研究,并对地表自动全站仪位移监测数据进行了分析。研究结果表明:相比Ⅰ号铜矿体充填法开采,主矿体崩落法开采对地表移动及露天边坡的稳定性影响最大,移动范围已越过F2断层,并波及到露天顶部境界;地下充填与崩落法开采对露天顶部境界的水平位移是反向的,边坡易产生张拉开裂;地下主采区北部沿脉巷道在采动应力叠加下易发生开裂;监测数据表明,虽然地下崩落法开采造成的沉降位移未波及露天边坡,边坡稳定性较好,且地表开裂范围无明显扩展,但移动范围有进一步外扩的趋势。综合数值计算与监测数据分析结果,提出了保障联合开采的安全防护措施,包括边坡防护、设计优化、监测系统升级、塌陷坑废石回填治理等,从而有利于大红山铁矿多采区、多方法联合开采安全平稳过渡。

关键词：露天开采崩落法充填法联合开采地表移动

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关于疆锋铁矿矿体开采离散元数值模拟研究

湖南有色金属 2024年第1期40卷 5-7,55页

作者：杨国永景洪市龙鑫矿业有限责任公司云南景洪666100

在矿体回采过程中,不同的回采方案及开采深度对上部围岩、周边矿岩体和地表的影响程度如何,是一项重要的研究工作。因此,利用离散元软件对疆锋铁矿Ⅱ号矿段崩落法的采矿条件下,不同采矿深度上盘围岩的冒落现象以及对周边岩层的影响进行... 详细信息

在矿体回采过程中,不同的回采方案及开采深度对上部围岩、周边矿岩体和地表的影响程度如何,是一项重要的研究工作。因此,利用离散元软件对疆锋铁矿Ⅱ号矿段崩落法的采矿条件下,不同采矿深度上盘围岩的冒落现象以及对周边岩层的影响进行数值模拟研究,结果表明离散元数值模拟方法切实可行,符合岩石力学基本规律,在空场条件下,II号矿段的开采会引发上部围岩的大范围冒落。

关键词：离散元数值模拟崩落法围岩稳定性

崩落法转充填法采矿地表移动二维离散元程序数值模拟及其规律验证

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岩土力学 2015年第6期36卷 1737-1743,1751页

作者：曹帅杜翠凤母昌平雷远坤北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点试验室北京100083 北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 四川省冶金设计研究院四川成都610041 武钢矿业公司程潮铁矿湖北武汉430080

基于数字式全景钻孔摄像系统及现场统计对井下矿体及围岩进行了节理调查分析,利用Surpac建立了采空区三维模型并进行剖分,最终建立了二维离散元模型(UDEC),研究不同水平矿体开采时位移场的变化规律和采空区上覆岩层的冒落形式,记录并分... 详细信息

基于数字式全景钻孔摄像系统及现场统计对井下矿体及围岩进行了节理调查分析,利用Surpac建立了采空区三维模型并进行剖分,最终建立了二维离散元模型(UDEC),研究不同水平矿体开采时位移场的变化规律和采空区上覆岩层的冒落形式,记录并分析矿体开采过程中岩石移动角变化规律并进行了对比验证。研究结果表明:充填法开采-430^-500 m矿体时,采空区最大位移为205.6 cm,小于崩落法的215.2 cm;对比充填法和崩落法新副井沉降值和水平位移值发现,充填法地表倾斜率为0.56 mm/m,小于崩落法的1.22 mm/m,水平变形率为1.03 mm/m,小于崩落法的1.31 mm/m,对于控制新副井沉降和地表移动具有良好效果。在崩落法开采时覆岩移动存在一定间歇性和跳跃性,冒落过程中可能形成自稳平衡拱,从而形成隐伏采空区。根据实际监测与模拟结果对比,在同一水平开采时间较长时,移动角减小速率呈跳跃性非均匀变化,表现为缓慢变化-加速变化-缓慢变化-加速变化的循环过程,进一步验证了自稳平衡拱和隐伏采空区的存在。

关键词：崩落法充填法节理调查二维离散元程序(UDEC)模型地表变形

崩落法开采塌陷区上覆黄土层降雨入渗机理研究

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中国矿业大学学报 2015年第2期44卷 349-353,366页

作者：付建新谭玉叶宋卫东北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室土木与环境工程学院北京100083

以程潮铁矿东区为工程背景,东部塌陷区上覆黄土层为典型的非饱和土,基于非饱和土中水的基本运动方程建立了降雨一维入渗数学模型,并编制了计算程序;对不同条件下的入渗过程进行了详细分析,并研究了开采强度对降雨入渗时间的影响规律,计... 详细信息

以程潮铁矿东区为工程背景,东部塌陷区上覆黄土层为典型的非饱和土,基于非饱和土中水的基本运动方程建立了降雨一维入渗数学模型,并编制了计算程序;对不同条件下的入渗过程进行了详细分析,并研究了开采强度对降雨入渗时间的影响规律,计算得到了不同条件下雨水渗透通过整个黄土层所需的时间.结果表明:黄土层的雨水入渗与降雨强度和土体初始体积含水率等有密切的关系,其中土体初始体积含水率影响程度较大,初始体积含水率越大,雨水入渗速度越快;入渗时间随开采强度的增加呈指数增长,表明崩落开采对上覆黄土层的雨水入渗有显著的影响.研究成果可为降雨情况下井下水量的变化规律提供理论依据,并为井下泥石流灾害预测预报提供重要参考.

关键词：崩落法塌陷区降雨入渗入渗时间井下泥石流

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崩落法采矿中放出体流动特性的影响因素

工程科学学报 2015年第9期37卷 1111-1117页

作者：孙浩金爱兵高永涛周喻杨振伟北京科技大学土木与环境工程学院北京100083

基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建具有矿石散体细观力学性质的放矿模型,开展崩落法采矿中放出体流动特性影响因素研究.运用统计学知识确定对放出体流动特性有显著影响的主要因素及其敏感性,得出其与放出体流动特性的关系,并通过已有研究... 详细信息

基于颗粒元理论和PFC3D程序,构建具有矿石散体细观力学性质的放矿模型,开展崩落法采矿中放出体流动特性影响因素研究.运用统计学知识确定对放出体流动特性有显著影响的主要因素及其敏感性,得出其与放出体流动特性的关系,并通过已有研究结论与模拟结果的对比分析,验证了基于PFC3D程序的放矿模型在放出体流动特性影响因素研究中的适宜性与可靠性.研究表明:放出体颗粒形状、摩擦系数及放矿口尺寸三种因素是显著影响崩落矿岩流动特性的重要参数.在放矿初始阶段,放矿口尺寸对放出体形态影响最大,其次为摩擦系数,颗粒形状对其影响最小;在之后的放矿过程中,颗粒形状对放出体形态影响最大,其次为放矿口尺寸和摩擦系数.散体颗粒形状越不规则、散体内摩擦角越大以及放矿口尺寸越小则放矿越困难.

关键词：崩落法流动特性影响因素数学模型

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崩落法采空区散体与围岩相互作用的数值模拟

中国矿业 2023年第6期32卷 104-112页

作者：范儒泓刘溪鸽何荣兴张华东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819

崩落式采矿法在覆岩下出矿,将崩落的围岩散体遗留在上部采空区,从而对上下盘围岩起到支撑作用。在不同的矿体形态和岩体强度、矿岩散体流动状态的条件下,崩落散体的支撑作用不尽相同,这导致崩落采空区的垮落范围与地下采场的地压显现也... 详细信息

崩落式采矿法在覆岩下出矿,将崩落的围岩散体遗留在上部采空区,从而对上下盘围岩起到支撑作用。在不同的矿体形态和岩体强度、矿岩散体流动状态的条件下,崩落散体的支撑作用不尽相同,这导致崩落采空区的垮落范围与地下采场的地压显现也存在差异,其形成的应力集中区和上盘陷落区对后续开采构成较大风险。针对这一问题,基于裂纹尖端存在微裂纹损伤假设,使用离散元数值模拟的方法,对比分析了不同围岩强度、不同矿体采空区倾角条件下,放矿过程中矿岩散体与围岩的相互作用和围岩破坏形式。研究结果表明:竖直或陡倾斜的采空区应力分布相对均匀,但采空区具有一定倾角时在上盘顶部会出现应力降低区,上盘底部出现应力集中区;围岩强度较高时,应力分布较为均匀,而围岩强度低时上盘围岩会较早发生破坏,从而释放应变能,不易产生应力集中区;在围岩强度较低时,可通过及时回填废石以减小围岩变形、迟滞上盘围岩底部产生的应力集中趋势、延后破坏时间。研究结果对采用崩落法开采的矿山控制采场地压具有重要的借鉴意义。

关键词：崩落法采空区矿岩散体围岩出矿数值模拟

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崩落法转充填法采场隔离矿柱合理厚度研究

中国矿业 2022年第9期31卷 95-101页

作者：吕冠颖何环莎覃敏胡军伟王阡宋阳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277712

对于崩落法开采向充填法开采转变的矿山,受崩落法开采的采动影响,其工程地质条件会变得相对复杂,围岩完整性及其稳定性相对较差,开采技术条件相对复杂。为确保矿山下一步生产作业的安全,必须要在崩落法采场与充填法采场之间留设隔离矿... 详细信息

对于崩落法开采向充填法开采转变的矿山,受崩落法开采的采动影响,其工程地质条件会变得相对复杂,围岩完整性及其稳定性相对较差,开采技术条件相对复杂。为确保矿山下一步生产作业的安全,必须要在崩落法采场与充填法采场之间留设隔离矿柱。本文结合矿山实际工程地质条件,创新地采用了以考虑采空区顶板垮塌冲击动载荷的弹性小薄板理论为代表的多种理论分析方法,确定了崩落法转充填法采场之间水平隔离矿柱的尺寸,采用结合矿山围岩移动参数和Bieniawski矿柱强度理论的方式,计算了崩落法转充填法采场之间隔离间柱的尺寸。与此同时,采用Phase2二维数值模拟的方式对隔离间柱的尺寸合理性进行了验证,最终实现了矿山崩落法到充填法的顺利转型,在保证矿山下一步安全回采的基础上,提高了矿石回收率,为矿山创造了一定的经济效益。

关键词：崩落法充填法隔离矿柱冲击动载荷岩层移动数值模拟