老窿残矿开采技术优化研究

摘要

老窿残矿的开采是一项十分复杂的工程。本文依托2005年湖南省科技计划项目“老窿废弃矿物综合回收技术的研究”以及两个横向课题作为支撑,结合湖南新龙矿业有限责任公司老窿残矿的开采实际,通过模糊优化,理论分析,数值模拟,现场实例验证等研究手段,对新龙老窿残矿开采的优化问题进行了较为深入的研究。 根据新龙老窿残矿的开采技术条件,选择了无底柱分段崩落采矿法、分层崩落采矿法、下向分层胶结充填采矿法和脉外平巷加穿脉群采矿法四个具有代表性的方案。采用模糊数学优选法将采矿过程中的各种模糊或主观因素转化为数学形式,将几种方案的评价指标量化分析,得出了最佳的开采方案为脉外平巷加穿脉群采矿法。 放矿过程中矿石的运动是典型的散体运动。在前人对散体的运动规律研究基础上,对矿石的运动进行计算机数值模拟,得出了在不同分段高度和不同放矿口中心距放矿情况下矿石的损失率和回收率。数值模拟的结果分析表明随着放矿口中心距的增大,矿石的回收率有明显的减少；随着分段高度的增大,矿石的贫化率有明显的增加。为了提高矿石的回收率和降低贫化率,放矿口中心距和分段高度应该尽量取小值,同时,采用缩短放矿口中心距和分段高度的方法获得较高的回收率和较低的贫化率,就要求增加巷道掘进的数量,将增加矿石回收的工程量和成本,因此要有一个合理的放矿口中心距和分段高度以达到效益的最大化。 矿石从地下采出后,其上方覆盖岩层失去支撑,岩体内部的原有应力平衡状态受到破坏,引起岩体内应力的重新分布,使得采空区周围的岩体产生位移、变形直至破坏。利用计算机模拟了两种不同的开采顺序下矿体和围岩的应力情况,确定了前进式开采顺序要优于后退式开采顺序。原因在于从顶板的控制情况看前进式开采顺序整个跨落过程比较平稳,有利于顶板稳定性的控制；从巷道掘进的安全性看,采用前进式开采顺序时,巷道掘进的应力叠加都比较均匀,不会造成大的安全问题；从放矿条件和矿石损失率看,采用后退式开采顺序时,第五步开挖放出的是前四步开挖形成的未采支撑矿体,松散的矿体将有可能被压实结块成为大块体,将恶化放矿条件和增大矿石的损失率。 残矿开采的安全问题一般包括开采过程中的安全问题和开采以后对地表的破坏问题。在调查了目前国内残矿回采中面临的主要问题的基础上,分析了新龙老窿残矿开采过程中存在的安全技术问题,提出了几项安全技术措施,为矿山的安全生产提供了可靠的保证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的理论意义和现实意义

1.2研究现状

1.2.1残矿开采的研究现状

1.2.2散体运动规律的研究现状

1.3问题的提出

1.4主要研究内容

1.5所用的技术手段

1.6本章小结

第二章工程背景

2.1矿山背景

2.2老窿残矿赋存条件

2.3老窿矿石的分布

2.4开采技术条件

2.4.1矿区水文地质

2.4.2矿山工程地质

2.4.3矿山环境地质

2.5本章小结

第三章残矿开采方案优化

3.1采矿方法选择原则

3.2采矿方案初选

3.2.1 无底柱分段崩落采矿法(方案一)

3.2.2分层崩落采矿法(方案二)

3.2.3 下向分层胶结充填采矿法(方案三)

3.2.4脉外平巷加穿脉群采矿法(方案四)

3.3采矿方案优化选择

3.3.1 各采矿方案综合比较

3.3.2采矿方案的模糊优选

3.4本章小结

第四章放矿参数优化

4.1放矿离散元模拟

4.1.1 离散元程序简介

4.1.2 模拟基本条件设定

4.1.3模拟结果与分析

4.2放矿参数优化的计算机模拟

4.2.1 D.Jolley模型简介

4.2.2 D.Jolley模型分析

4.2.3基于本矿开采条件的D.Jolley模型修正

4.2.4放矿优化的计算机建模

4.2.5模拟结果与分析

4.3本章小结

第五章开采顺序优化

5.1 引言

5.2 FLAC简介

5.3力学参数的确定

5.3.1 表土层物理力学参数的确定

5.3.2岩体力学参数折减系数的确定

5.3.3 围岩与矿石力学参数的计算准则的确定

5.4实体建模

5.5开采顺序的数值模拟

5.5.1 开采顺序数值模拟结果

5.5.2 开采顺序数值模拟结果分析

5.6地表破坏的数值模拟

5.7本章小结

第六章工程应用

6.1引言

6.2残矿开采存在的问题

6.3残矿开采的几项措施

6.4影响新龙老窿残矿开采存在的主要因素

6.5新龙老窿残矿开采安全技术措施

6.5.1 针对开采安全性差的安全技术措施

6.5.2地表治理

6.5.3地表防治水措施

6.6本章小结

第七章结论与展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间的主要成果