一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法，在矿体中布置矿房、矿柱，将矿柱设计为纵剖面为上、下两端翼缘宽、中间腹部窄的两侧对称的内凹弧形的弧形矿柱布置方式；不同高度位置的横剖面为不同宽度的矩形，其中弧形矿柱翼部断面宽度最大，弧形矿柱腹部断面宽度最小。本发明专利技术通过弧形曲面将矿柱上方的高地应力转移到底板上，降低高应力下矿柱的应力集中程度，提高矿柱自承载能力和安全稳定性，解决深井开采矿柱失稳破坏难题，为深井矿床安全高效开采和灾害控制创造条件；同时节省高应力下矿柱破坏加固支护费用，降低深井开采作业成本，经济效益明显。本发明专利技术可在可在黑色、有色、黄金等地下开采矿山中广泛应用。用。用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法


[0001]本专利技术属于地下矿山深部矿床开采
，具体涉及一种深部矿床开采弧形矿柱曲线的确定方法，可在黑色、有色、黄金等地下开采矿山中广泛应用。

技术介绍

[0002]当前，地下深部矿床采用空场法开采的矿山普遍采用两步骤回采工艺，先回采矿房再回采矿柱，或者先回采矿柱再回采矿房；矿房和矿柱皆为矩形布置。对于先回采矿房再回采矿柱方案，在深部高应力条件下，矿房回采后，由于地应力转移，在矿柱上形成高应力集中现象，集中应力荷载达到矿柱的承载能力后，由于岩体发生塑性屈服，往往造成矿柱的局部破坏或整体失稳，严重时引发顶板坍塌事故，直接威胁着生产作业人员和设备的安全。
[0003]针对深井高应力开采矿床，为了提高矿柱的稳定性，提高采场作业安全，通常采用增大矿柱断面尺寸、减小采场尺寸的控制措施，然而由于二步骤矿柱回采难度大，往往造成矿柱的矿石回采小、损失大的难题，不仅增大了矿石损失率，严重浪费了矿产资源，也不利于矿石资源的安全高效回采。为进一步提高矿石的回收率，部分矿山采用缩小矿柱尺寸，对矿柱进行锚网或锚喷网支护的措施，虽然一定程度上增大了矿柱的稳定性，但对矿柱支护成本高、劳动强度大，同时支护时的钻孔工作等对矿柱造成了二次扰动损伤，生产上不经济。
[0004]如中国专利申请201510302718.0公开的“预护顶阶段矿房与上向分层联合充填采矿法”，提出矿房回采完毕后，再进行回采矿柱；在矿房回采前，在分段上盘支护巷内提前对上盘进行长锚索预支护，在顶柱下面的回风联络道内，对顶柱也要进行锚杆加金属网联合预支护。显然，该方法对矿柱支护费用高，劳动强度大，增大了生产成本。
[0005]为解决高应力下矿柱稳定性控制难题，减轻矿柱的应力集中程度，降低高地应力对矿柱的损伤破坏，提高矿柱保护下的生产作业安全，本专利技术一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法提出了一种弧形矿柱布置方案，并提出了弧形矿柱曲线的确定方法。通过弧形曲面将矿柱上方的高地应力转移到底板上，减小矿柱上的应力集中现象，提高矿柱的自承载能力和整体稳定性，为高应力下的深部矿床开采创造安全条件。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是针对现有技术存在的矿柱矿石回采小、资源损失大、矿柱支护成本高以及矿柱支护钻孔工作产生二次扰动损伤的问题，而提供一种矿柱稳定性好、资源回采率高、免支护的用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法。
[0007]为实现本专利技术的上述目的，本专利技术一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法，在矿体中布置矿房、矿柱，具体采用以下技术方案：
[0008]1)将矿柱设计为纵剖面为上、下两端翼缘宽、中间腹部窄的两侧对称的内凹弧形的弧形矿柱布置方式；不同高度位置的横剖面为不同宽度的矩形，其中弧形矿柱翼部断面宽度最大，取值2b0，弧形矿柱腹部断面宽度最小，取值2a0。
[0009]2)本专利技术中弧形矿柱高度H、腹部断面宽度2a0、翼部断面宽度2b0与地应力条件和岩体特性有关；随着弧形矿柱腹部断面宽度的增大、矿柱高度的减小，弧形矿柱的承载能力呈现增大趋势，弧形矿柱的稳定性不断增加，抵抗高地应力荷载的能力逐渐趋于增强。
[0010]在这里，以弧形矿柱中心为原点O，以水平方向(宽度方向)为a、竖直方向(高度方向)为h建立直角坐标系统，则弧形矿柱的轮廓曲线计算公式表示为：
[0011][0012]式中，h∈[
‑
H/2，H/2]，H＞0，a0＞0，b0＞0。
[0013]其中：H—弧形矿柱高度，m；k1—与地应力相关的系数；k2—与岩体特性相关的系数；a0—弧形矿柱腹部断面宽度的一半，m；b0—弧形矿柱翼部断面宽度的一半，m；
[0014]3)弧形矿柱(3)轮廓曲线确定方法为：采用ANSYS、FLAC、ABAQUS、UDEC、3DEC、RFPA、PFC、PLAXIS、COMSOL或其他数值模拟软件建立不同弧形矿柱高度H、腹部宽度2a0和翼部宽度2b0尺寸参数的计算模型，通过不同地应力荷载和节理构造下的数值模拟计算，确定与地应力和岩体特性相关的系数k1和k2，然后经过5～8次现场试验优化验证弧形矿柱的曲线计算公式，根据现场试验矿柱损伤变形数据，确定不同条件下最佳的弧形矿柱布置参数。
[0015]根据现场试验优化确定的弧形矿柱高度H、弧形矿柱腹部断面宽度2a0和弧形矿柱翼部断面宽度2b0参数，即可确定矿房的高度参数。为了获得轮廓面比较光滑的弧形矿柱，在矿房中，从内向外依次布置掏槽孔、破碎孔和边孔；所述边孔包括顶孔、底孔和帮孔；所述掏槽孔位于矿房的中央偏下位置，采用孔径70mm～120mm空孔和孔径32mm～50mm炮孔的组合炮孔布置方式；破碎孔位于掏槽孔的外侧，孔径32mm～50mm，孔距0.4m～0.9m；顶孔和底孔分别位于矿房的顶板和底板上，孔径32mm～50mm，孔距0.4m～0.7m；帮孔位于矿房与两侧弧形矿柱的交界面处，孔径25mm～35mm，采用密集布孔方式，相邻帮孔的孔间距m为0.2～0.5m，根据岩体特性、构造裂隙、地应力状态因素以及现场爆破效果进行灵活控制；相邻帮孔的孔间距m小于帮孔与破碎孔的距离n。
[0016]进一步地，在矿房中，按照掏槽孔
→
破碎孔
→
顶孔
→
底孔的顺序依次进行弱扰动微差逐一孔控制起爆；爆破完成后，将矿房中的矿石铲装运输至矿石溜井或破碎站进行破碎作业；待矿房中矿石运出后，再起爆帮孔；沿帮孔的炮孔走向上，采用直径20mm～32mm的炸药卷间隔布置方案，根据弧形矿柱高度的不同，采用低波阻抗炸药、线性切槽技术进行同时起爆或分2～3次起爆；帮孔起爆后，将崩落的矿石运出，然后对弧形矿柱进行简单修整，即形成较为光滑的弧线轮廓面，从而形成良好的矿房与矿柱的分界面，控制弧形矿柱的弧度曲线，通过弧形矿柱转移地应力，维护矿柱的安全与稳定。
[0017]进一步地，相邻帮孔的孔间距m一般比帮孔与破碎孔(5)的距离n小0.1m～0.4m。
[0018]本专利技术一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法采用以上技术方案后，具有以下积极效果：
[0019](1)设计并形成的弧形矿柱，能够克服高应力下矩形矿柱过早屈服破坏的弊端，降低高应力下矿柱上的应力集中程度，减轻高应力对矿柱的损伤破坏，增强矿柱的自承载能力，解决深井开采矿柱失稳破坏难题，同等条件下比矩形矿柱的稳定性可以增大30％以上。
[0020](2)通过确定合理的矿柱尺寸参数，可以为矿房参数优化提供重要指导依据，提高矿产资源回收率，有效避免深井开采地应力灾害的发生，提高生产作业效率和深井开采安全，为生产作业人员和设备的安全提供技术保障。
[0021](3)可以节省高应力下矿柱破坏加固支护费用，避免采取支护措施额外增加生产费用，降低深井开采作业成本，为深部矿床低成本开采创造条件，取得显著的经济效益。
附图说明
[0022]图1为本专利技术一种用于深部矿床开采的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法，在矿体(1)中布置矿房(2)、矿柱，其特征在于采用以下技术方案：1)将矿柱设计为纵剖面为上、下两端翼缘宽、中间腹部窄的两侧对称的内凹弧形的弧形矿柱(4)布置方式；不同高度位置的横剖面为不同宽度的矩形，其中弧形矿柱(3)翼部断面宽度最大，取值2b0，弧形矿柱(3)腹部断面宽度最小，取值2a0；2)以弧形矿柱(3)中心为原点O，以水平方向为a、竖直方向为h建立直角坐标系统，则弧形矿柱(3)的轮廓曲线计算公式表示为：式中，h∈[
‑
H/2，H/2]，H＞0，a0＞0，b0＞0。其中：H—弧形矿柱高度，m；k1—与地应力相关的系数；k2—与岩体特性相关的系数；a0—弧形矿柱腹部断面宽度的一半，m；b0—弧形矿柱翼部断面宽度的一半，m；3)弧形矿柱(3)轮廓曲线确定方法为：采用ANSYS、FLAC、ABAQUS、UDEC、3DEC、RFPA、PFC、PLAXIS、COMSOL或其他数值模拟软件建立不同弧形矿柱(3)高度H、腹部宽度2a0和翼部宽度2b0尺寸参数的计算模型，通过不同地应力荷载和节理构造下的数值模拟计算，确定与地应力和岩体特性相关的系数k1和k2，然后经过5～8次现场试验优化验证弧形矿柱(3)的曲线计算公式，根据现场试验矿柱损伤变形数据，确定不同条件下最佳的弧形矿柱(3)布置参数。2.如权利要求1所述的一种用于深部矿床开采的弧形矿柱轮廓曲线的确定方法，其特征在于：在矿房(2)中，从内向外依次布置掏槽孔(4)、破碎孔(5)和边孔；所述边孔包括顶孔(6)、底孔(7)和帮孔(8)；所述掏槽孔(4)位于矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：张西良，仪海豹，杨海涛，江东平，李明，
申请(专利权)人：马鞍山矿山研究院爆破工程有限责任公司华唯金属矿产资源高效循环利用国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：