矿业研究与开发

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• 复杂破碎带厚大矿体分区协同式开采技术研究与应用

  丛宏章,蒋博,李跃国,李士超

  银漫矿业Ⅲ区17# 厚大矿体上下盘非均匀发育高岭土化破碎带,采场垮冒风险高、充填体易软化,传统上向水平分层充填采矿法难以兼顾安全与效益.针对该问题,构建“中部稳固区边部破碎区”分区渐进协同开采思路.采用5种方法计算不同区域充填体所需强度,结合三维数值模拟分析回采顺序、采场宽度及安全暴露面积对围岩充填体稳定性的影响.结果表明:回采顺序以“隔一采一”的交错回采方案(方案3)为宜,可将高风险塑性带控制在顶板约5~7m 内,并将单次安全暴露面积控制在约300m2;采用分区协同采矿方法后,破碎带影响区采场日产量稳定在390~400t,采切比和吨矿成本明显降低,顶板下沉控制在30~40mm 范围内;单中段产能提升至4 500t/d,提升幅度为60.7％,充填成本降至66.3元/t,降幅为25.5％,实现了“提效降本、控险增稳”的分区协同效果.

• 某铜金矿上向进路充填采矿法采场结构参数及多层协同回采顺序优化

  杨宁,尹贤刚,刘奇,林元生

  为了实现某铜金矿一采区破碎矿岩条件下资源的安全高效开采,采用数值模拟对上向进路充填采矿法的进路断面参数、盘区回采间距、多层协同回采间距等工艺进行优化,并通过现场工业试验验证上向进路充填采矿采矿法工艺优化结果的可行性.研究结果表明:顶板介质不同,进路宽度改变对顶板的影响存在差异,确定进路断面的尺寸为5m×5m,多层协同回采的层间距不小于20m,并在盘区内实行隔三采一的进路回采方案,即盘区内同时回采的进路之间的间距为15m.将优化后的工艺参数应用于工业试验,实现不稳固矿岩条件下的安全高效经济开采,表明优化后的工艺参数应用于该矿一采区是可行的.

• 采场宽度及回采顺序对盘区间柱稳定性的影响

  叶会师,赵振兴,周咏,张文铎,张杰,马强英,路增祥

  为探究采场宽度与回采顺序对盘区间柱承载能力的影响,以司家营铁矿阶段空场嗣后充填采矿法盘区开采为工程背景,分析了不同盘区采场宽度和回采顺序下盘区间柱的应力响应与变形破坏特征,并选出最优回采方案.研究结果表明:采场宽度与盘区回采顺序共同影响着盘区间柱的应力响应特征,不同回采顺序下,随采场宽度增大,间柱内部最大主应力和最小压应力均呈现出增长趋势;采场宽度与盘区采场回采顺序共同影响着盘区间柱的变形破坏特征,相同回采顺序下,间柱位移量与塑性区体积均随采场宽度的增大而增大;相同的采场宽度下,间柱位移量和塑性区体积从高到低依次为“一侧推向另一侧”“两侧推向中央”“中央推向两侧”.综合考虑安全性与采场生产能力,最终确定该矿最优盘区采场回采方案为采场宽度为20m、回采顺序为“中央推向两侧”

• 低碳经济视角下水泥-粉煤灰-碳化钢渣胶凝体系在尾砂充填中的性能研究

  孙勇,蒋平,马征宇,郭镇邦,孙晓刚,邱景平,赵英良

  针对传统胶凝材料水泥具有高碳排放、高成本的问题,提出了一种新型水泥-粉煤灰-碳化钢渣三元胶凝体系(配比为水泥40％、碳化钢渣30％、粉煤灰30％),通过协同利用工业固废,实现低碳、低成本充填目标.结果表明:CO2与碳化钢渣中活性矿物的反应实现固碳与性能优化;水泥-粉煤灰-碳化钢渣体系充填料浆流动性优于水泥体系,粉煤灰的“滚珠效应”及碳化钢渣微细化颗粒优化级配协同增强料浆的流变性能;由于水泥具有较快的反应速率,水泥-粉煤灰-碳化钢渣基充填体与水泥基充填体的3d抗压强度比值为0.45~0.65而粉煤灰后期持续水化生成水化凝胶,7d和28d的抗压强度比值提升至0.80以上;水泥粉煤灰碳化钢渣体系生产成本较水泥体系降低22％,碳排放减少63.6％.通过钢渣资源化利用,同步解决固废堆存、充填成本与碳排放难题,为矿业碳中和目标提供创新技术路径.

• 高寒露天金属矿压水填塞增效爆破技术研究

  李昂,刘建国,付毅,赖渊平,林春平,林明磊,穆拉提·居尔艾提

  针对高寒露天金属矿高台阶深孔爆破存在破岩不均匀、大块率高的问题,提出了一种露天矿压水填塞增效爆破技术.利用数值模拟方法,研究了细沙填塞与压水填塞两种工况下,炸药爆炸后岩体内等效应力与损伤的时空变化规律,分析了压水填塞增效爆破机制,并在西藏巨龙铜矿开展了爆破漏斗试验,以验证数值模拟结果的准确性.结果表明:传统细沙填塞爆破时,爆破等效应力向上传播速度慢且不均匀,导致爆破能量主要聚集在炮孔底部,对上部岩体破碎程度不足.压水填塞爆破时,由于水的不可压缩性及对爆炸应力的良好传播性能,爆破应力在水柱中快速、均匀传播至炮孔中上部,可实现上下部岩体的均匀破碎.与细沙填塞爆破相比,上侧压水填塞爆破漏斗表面最大长度、漏斗深度与漏斗体积分别增加了13.33％、12.07％、90.88％.研究结果可为高寒露天金属矿高效爆破采矿提供参考.

• 深部铁矿充填采场扇形中深孔爆破参数优化研究

  王平,关聪,程爱平,梅林芳,黄春源,张增贵

  针对某铁矿深部开采过程中存在顶板超挖、顶板破坏及大块率高等问题,以该矿－360~－450m 水平之间的矿体为工程背景,开展了扇形中深孔爆破参数优化研究.基于矿岩爆破破碎机理和爆破参数理论公式,推导了各爆破参数的理论取值范围;结合矿岩物理力学特性与现场炸药性能参数,运用Ansys LS-DYNA 数值模拟软件构建了不同孔底距、炸药单耗和抵抗线组合的采场爆破模型,分析了矿房顶板的有效应力分布特征.结果表明:当孔底距为1.4m、炸药单耗为2.09kg/m3 时,矿房区域监测网格的最大有效应力与岩石最大动态抗拉强度最为接近,可充分破碎孔底区域矿岩,且顶板监测网格的最大有效应力未达到动态抗拉强度,顶板稳定;当最小抵抗线为1.6m 时,自由面附近监测网格的最大有效应力平均值为44.31MPa,顶板区域爆破振速峰值为18.51cm/s,未超过爆破振动安全允许标准.基于优化后的参数(孔底距1.4m、炸药单耗2.09kg/m3、最小抵抗线1.6m)开展现场工业试验,大块率由优化前的6％降低至3％,顶板成型良好,表面平整,无明显的裂隙和坍塌现象.研究结果可为类似深部充填采场的扇形中深孔爆破参数优化提供参考.

• 基于TOPSIS的露天矿爆破孔网参数多目标优化研究

  聂港,徐海,马驰,蒋雨村

  为研究高原露天矿复杂工况下爆破效果与穿爆成本协同优化问题,提出了一种基于TOPSIS方法的多目标评价数值模拟验证一体化孔网参数优化方法.以某特大型高原露天矿实际工况为依据,结合台阶高度、台阶坡面角等参数确定孔网参数的取值范围及比选方案;以爆破效果和穿爆成本为评价指标,采用Kuz-Ram 爆破块度模型与穿爆成本模型计算各比选方案的评价指标预测值,运用TOPSIS法对各比选方案进行综合评价与排序优选;通过Ansys LS-DYNA 软件对各比选方案进行爆破损伤数值模拟.结果表明:５种方案综合评分排序为:方案3(0.559)＞方案2(0.544)＞方案4(0.528)＞方案1(0.507)＞方案5(0.493),即方案3的综合评分最高;优选方案3(孔距10m×排距8.5m)的爆破损伤云图中,强破碎区、裂隙发育区及弱损伤区分布均匀,爆破损伤范围有效破碎与过度损伤相对平衡,实现了爆破效果与穿爆成本之间的优化平衡.研究成果可为露天矿爆破孔网参数优化提供参考.

• 考虑巷道层理分布的掏槽方式优化研究

  武卜强,韦秉旭,黄强,刘浩杉

  巷道中节理层理结构会改变爆破载荷下岩体的应力传播与破坏模式,影响掏槽爆破效果与掘进效率.为揭示层理结构对掏槽爆破响应的影响机制,以某矿巷道为工程背景,构建考虑节理倾角巷道的准三维有限元模型,采用ALE流固耦合算法对比分析了无层理与含层理工况下应力波传播与损伤演化特征.结果表明,层理结构显著削弱了应力波耦合强度,平均有效应力降低幅值达61.64％,导致掏槽中心区域难以形成有效贯通.针对该问题,提出了增加一对辅助掏槽孔的改进方案.数值模拟和现场试验验证结果表明,改进方案有效增强了掏槽中心区域的能量聚集效应,形成了典型的“贯通型高损伤通道”,岩体破碎更充分,连续性更好,大块率显著降低.研究成果可为复杂结构面条件下掏槽爆破设计提供理论支持与工程参考.

• 基于HEC-RAS的露天转地下开采地表塌陷区径流入渗规律研究

  宋永亮,兰舟,朱智超,文鑫,张艺山,赵永,张妨

  在露天转地下崩落开采过程中,随着上覆围岩变形破裂,其渗透性急剧增加,为强降雨入渗提供了通道,易诱发井下突水等灾害.为准确评估强降雨条件下塌陷区径流入渗量,以石碌铁矿为工程背景,提出了一种基于地表汇水入渗区精确划分的降雨入渗量计算方法,利用开源水力计算程序(Hydrologic Engineering Center's River Analysis System,HEC-RAS)圈定塌陷区外围汇水范围,结合地表塌陷变形及矿区地表汇水数值模拟结果,划分了不同开采状态下冒落带、导水裂隙带及径流区等入渗区域,分区域计算了暴雨条件下的降雨入渗量.结果表明,北一采场塌陷区径流入渗量由现状条件的182 874m3/d增加到开采完毕时的218118m3/d,提高了19.3％.进一步划分了3个防渗等级区域,针对不同区域提出了防渗措施建议,其中,冒落带及导水裂隙带被积水淹没的区域为一级防渗区域,采用分层填充地裂缝、铺设防渗膜及抽水机抽排的综合防渗措施.研究结果可为矿山排水系统的设计及突水灾害的预防提供科学依据.

• 基于博弈论-云模型的离子型稀土矿原地浸出采场边坡稳定性评价

  廖健龙,孙洪军,万奕

  针对离子型稀土矿开采中边坡易失稳、传统稳定性判据方法难以量化动态多场耦合不确定性的难题,构建了基于博弈论与云模型的边坡稳定性评价模型.依据唯一性、目的性、可行性和可观测性4个原则,构建涵盖地质力学参数、浸矿工艺、边坡地质条件、水文气象特征及区域地质特征的多维度评价指标体系;采用博弈论优化融合模糊层次分析法(FAHP)确定的主观权重与熵权法确定的客观权重,实现主、客观权重的协同赋权;引入云模型量化边坡稳定性隶属度,利用期望、熵和超熵表征参数取值的随机模糊性.以赣南某离子型稀土矿区为例进行工业应用,结果表明:该矿区1# 、2# 、3# 边坡综合稳定性评分分别为74.8(次不稳定)、58.9(较稳定)和99.3(不稳定),与现场实际观测结果和改进AHP法计算结果一致,较传统极限平衡法能提前发现潜在风险,验证了博弈论云模型可得出可靠的判别结果且具有较高的风险敏感性.研究结果为离子型稀土矿边坡稳定性动态管控提供了理论依据.