基于FLAC-3D数值模拟采场底部结构设计研究 (2011年)

基于FLAC-3D数值模拟的采场底部结构设计研究，主要针对破碎、易氧化结块、高硫矿体的安全高效回采问题。文章通过应用FLAC-3D数值模拟技术，分析了矿块底部结构在回采过程中的应力、应变和塑性区指标，以评价底部结构的稳定性，并提出了相应的底部结构形式建议，以此提高矿块的出矿效率，降低生产成本，同时确保作业人员的安全。 文章首先指出了V号矿体地质开采条件和面临的挑战，包括矿石的氧化结块特性、高硫含量以及矿体的赋存特征。V号矿体赋存在矿区中部，走向东西，倾向南东，倾角40-50度。矿体主要受北东向矶和F3断层控制，矿石易自燃产生高温和毒气，矿石堆积时矿尘易爆炸。矿体直接顶板为含铁破碎砂岩、碳酸盐岩，底板为炭质页岩、泥质页岩或砂质页岩。这些地质和开采条件要求在设计底部结构时必须特别注意。 为了解决这些问题，文章提出并研究了两种底部结构方案：方案I整沟铲运机出矿底部结构和方案II整沟电粗出矿底部结构。通过使用FLAC-3D数值模拟软件，对这两种底部结构方案进行应力、应变和塑性区模拟，以此对方案进行评价，选择出安全合理的采场底部结构，以达到高效回采的目的。 在设计优化方面，矿块参数和底部结构需满足整体稳定性，即能承受崩矿时的爆破震动、放矿、二次破碎及各种反复荷载冲击影响，保障生产作业人员和设备的安全。同时，底部结构设计还要保证矿石损失和贫化率低，矿石回收率高，以及综合回采成本低。 为了更深入地理解矿块底部结构的稳定性，文章详细介绍了分段凿岩阶段空场嗣后充填法采矿矿块参数的选取及底部结构的选择。例如，试验矿块垂直走向布置，矿块长为16米，矿块宽12.5米，阶段高45米，其中-235米到+280米。在阶段内布置3个分段，每个分段高13米。这些参数的设置考虑了矿体的具体情况和开采技术条件，旨在实现矿块回采设计的关键，并确保整个开采过程的安全与效率。 通过数值模拟，研究了矿石采出后底部结构的应力、应变和塑性区的变化情况，从而对不同底部结构方案进行了评价。在此过程中，FLAC-3D数值模拟软件起到了至关重要的作用，它能够模拟出矿体在不同开采条件下的物理变化和受力情况，为结构设计提供了科学的依据。 文章中还提及了关于V号矿体的开采历史和目前的开采方法，如埋藏标高开采法，指出目前存在的问题，包括矿石自燃、结块性、巷道维护难、出矿效率低等，以及对开采方法进行改进的必要性。 总结而言，该研究强调了对于具有特殊地质和开采条件的矿体进行底部结构设计研究的重要性，展示了数值模拟技术在矿业工程中的应用价值，特别是在设计安全、高效且成本效益高的采矿方案中的关键作用。通过这种方法，不仅为实际的采矿操作提供了科学依据和技术支持，也对矿业工程的研究和实践具有重要的指导意义。