基于FLAC^3D模型的上向进路采场结构参数优化.pdf

Vol 29,No. 9 Sept 2020 第29卷第9期 2020年9月 中国矿业 CHINA MINING MAGAZINE 基于FLAC3D模型的上向进路采场结构参数优化 王烦文X黎 林X张书金2,武茂超2 1.中国矿业大学北京能源与矿业学院,北京100083； 2.山东黄金矿业玲珑有限公司,山东 招远265419 摘要针对玲珑金矿上向进路充填采矿法采场跨度过于保守导致的生产能力低、工人劳动强度高等问 题，利用FLAC“软件对采场结构参数进行模拟优化，模拟结果表明在当前的地质条件和技术条件下，采 场的极限跨度为8 m,鉴于模拟的简化性和现场条件的复杂性，建议生产时采场的跨度不得超过6 m；开展 工业试验，将采场跨度变更前后的技术经济指标进行对比，试验结果表明跨度扩大到6 m后，损失率和贫 化率明显降低，生产效率提高，断面扩大后引入大型凿岩钻孔设备，提高了机械化程度，减轻了工人的劳动 强度。 关键词采场结构参数；FLAC“软件；采场稳定性；玲珑金矿 中图分类号TD853 文献标识码A 文章编号10044051202009-0093-04 Opimizaionofs6ruc6uralparame6ersofupwarddrif6s6opebasedonFLAC3D model WANG Bingwen1，LI Lin1，ZHANG Sh ujin2，WU Maoc h ao2 1 Sc h oolofEnergyand MiningEngineering， Ch inaUniversityof MiningandTec h nologyBeijing， Beijing100083， Ch ina； 2 Linglong Gold Mine， Sh angdongGoldGroupCo.， Ltd.， Zh aoyuan265419， Ch ina Abstract Aiming at th e problems of low produc tion c apac ity and h igh labor intensity c aused by over c onservative stope span of up and down fil ing mining meth od in Linglong gold mine，FLAC3D software was usedtosimulateandoptimizestopestruc tureparameters Th esimulationresultssh owth atth elimitspanof th e stope is 8m under th e c urrent field geologic al and tec h nic al c onditions In view of th e simplic ity of th e simulationandth ec omplexityofth efieldc onditions，itisrec ommendedth atth estopespansh ould not exc eed6mduringproduc tion Comparedwith th etec h nic alandec onomic indic atorsbeforeandafterth estope spanc h anges based onindustrialtests Th etestresultssh ow th atth eloss rate and dilution rate are signific antlyreduc edafterth espanisexpandedto6m，andth eproduc tionefic ienc yisimproved Afterth e spanisexpanded，largedrilinganddrilingequipmentisintroduc edtoimproveth edegreeofmec h anization andreduc eth elaborintensityofworkers Keywords struc tural parameters of stope； FLAC3D software； stability of stope； Linglong gold mine 上向进路充填法是金属矿山内常用的一种采矿 方法，因矿石回收率高、贫化率低等优点被广泛应 收稿日期收稿日期2020-02-29 责任编辑责任编辑赵奎涛 第一作者简介第一作者简介王炳文1972 ，男，男，山东海阳人人，博士，副，副教授，硕，硕 士生导师，主要从事充填理论与技术、岩土灾害防控等教学与科研工 作，E-mail wbw c umtb. edu. c n。 通讯作者简介通讯作者简介黎林1994 ，男，山东莱州人，硕士研究生，主要从 事采矿工程研究，E-mail 2980389205qq. c om。 引用格式引用格式王炳文，黎林，张书金，等.基于FLAC3D模型的上向进路 采场结构参数优化中国矿业202029993-96. doi10. 12075/ jissn 1004-4051 2020 09 014 用同时,许多矿山由于采场的跨度过于保守，也 存在着生产效率低、出矿成本较高等缺点因此， 上向进路充填法拥有一个合理的采场结构参数是十 分必要的’ 在采场结构参数优化方面，许多学者进行了相 关的研究。欧任泽等囚基于3M有限元法对矿山 可能采用的四种采场结构参数方案在不同埋藏深度 时的稳定性进行了数值模拟研究，获得了不同埋藏 深度时最佳采场结构参数；杜宇翔等4运用成本分 析模型对程潮铁矿崩落法采场就应优化，得到了开 采经济效益最优的结构参数；程文文等「⑸应用多因 94中国矿业 第29卷 素层次分析法对金山金矿浅孔房柱采矿法采场结构 参进行 ，解 场生产 低、贫损指 标不理想等问题；陈顺满等基于响应面法对破碎 岩 的采场 参 行 , 白牛 厂矿破碎围岩 安全、高效回采；葛文杰等 毛贵林⑻利用MIDAS-GTS得 场结构参数 的最优方案；易善华等基于ANSYS 评价 对采场 参 行 ，得到了矿房和矿柱宽度 的最 合方案；李宁等（0）运 试 理对某 厚大铁矿采场进行参 ，实现了高效经济开采- 玲珑金矿东风矿 向 矿 法，生效率低，工人劳动强度大。针对玲珑金矿的现 场情况， FLAC3D软分 拟采场跨度为 4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m时的顶板应力位移分 布,并结合 况,得出最合理的采场跨度参数。 1 工工 东风矿 的矿脉主要表现为沿断裂破碎带充 填交代形成的蚀变带-主矿脉为171号脉，分布于 160线至56线间，矿脉长2 600 m,宽300 m左右， 走向NE6 0〜70,倾向SE,倾角35〜45。矿脉中 存有1711号主矿体, ，严格 造 控制。其上盘次级 发育,岩石也较破碎，由碎裂 岩、绢英岩化碎裂岩 成；下盘岩石相对完 整, 岩 岩质碎裂岩、花岗质碎裂岩组 成。局 的裂面，在主裂面发 层泥- 区内地层简单，主要为第四系陆相沉积，沿山间谷地 分布。 造为脆 造，受多期次的区域 造 ，矿 造发育。北东向断裂是 主要的 造，控制着含金矿脉的分布，北西向断 造次之。按 水 水特征，划分为第 系 岩类孔隙水、基岩 水、构造 水 和隔水层（体）。 根 场调查所知，现有开采方法采场跨度为 3.3 m,由于采场 参数过于保守，导 场生 产能力低、生产成 ，且采场断面 ，无 法引入 械 岩钻孔设备，降低 率- 因此，需要对现场 参 行 ，提高矿山的生 产效率- 2数值模拟分析数值模拟分析 利用FLAC3D软件进行数值模拟，分析不同跨 度 场的 顶 板 移 分 ， 对 玲 金 矿 东 矿 的 场 参 行 2.1 立 计算模型的几何范围，垂直矿体走向400 m,矿 体走向500 m,竖直方向一 57 0 m到一7 7 0 m,高度 为200 m。模拟区域矿体倾角平均40,矿体厚度取 40 m。模型尺寸为500 m X 400 m X 200 m,如图1 所示。其中，坐标轴Z方向为竖直方向，坐标轴Y 方向沿矿体走向，坐标轴X方向垂直矿体走向- 合 况, 确 “ 矿法 的米动影响范围有限，在米场水平四周和较远处的 岩体移动 很小,计算域 移约束，模型 的4个侧面X方向和1方向位移约束为零, 岳 面Y方向位移约束为零，上部平面承受21. 6 MPa 的面载荷。采场埋 深，矿区主 属于水平构 造 主导的 场，因此，计算域初始 考虑 原岩构造应力场和自重应力场的共同 - 22 拟 方 算采用莫尔-库伦强度准则，对已开挖岩 体 空壳 -根据玲珑金矿地质调查纟吉 岩 学参数试验，矿岩体力学参数见表1 -根 据现场调查可知，矿区内采场高度统一为3. 2 m,因 此本次模拟只对采场跨度进行 ，共分为6个方 案，各方案参数见表2- 图1 矿体FLAC3D模型 Fig. 1 FLAC3D model of ore deposit 表1模型计算力学参数 Table1 Themechanicalparame6ersofmodelcalculaion 岩体 名称 密度/ kg/m3 弹 / GPa 泊松比 / MPa 摩 / 抗拉 度/ MPa 上盘 270012 540 0. 22 14332 60 矿体 27808 720 0. 23 12322 50 下盘 270015 360 0. 20 20343 50 体2 100 0 009 0. 26 0524 0. 16 表2各模拟方案采场结构参数 Table2Stope structure parameters of each simulation scheme 方案场度/m场 度/ m 1 32 4 2 32 5 3 32 6 4327 5328 6329 第9期王炳文，等基于FLAC3D模型的上向进路采场结构参数优化 95 2.3各方案模拟结果分析 根 拟的 场对顶板应力分布和位移 分 行分析，鉴于 ，仅给出方案5（跨度8 m） 方案6（跨度9 m）的顶板 移分布怪 方案汇总的曲线图。 2 3 1 分 析 从模拟 可以看出，随着采场跨度的增大，顶 板 也越来越大，当超过矿体的 度时，顶 板就会发生破坏。图2 3分别为方案5（跨度 8 m）和方案6（跨度9 m）的应力分布图，当采场跨 度为8 m时，开挖后，采场顶板迅速出现应力集中， 最 为2. 40 MPa，十分接近矿体的最 拉 度；当采场跨度为9 m时，顶板的最 为 2.7 0 MPa，已经 矿体的最 度，顶板发 生破坏。 4 中的 顶 板 最 线 可 出 顶 板最 的总体变 势是随着采场跨度的增 大而增加，在跨度 6 m后增长较为 度超过8 m后，顶板发生破坏。 2. 3. 2位移分析 顶板的最 移量也是评价采场稳定性的一个 重要指标，因为，通过观察顶板的位移量也可 解 顶板此时的 态。 5 6 分 为 方 5 （ 度 8 m） 方 6 （跨度9 m）的位移分 。结合图4中的顶板最大 线可 出，在进行 之后，顶板会出现 同 度的下移，总体趋势是随着采场跨度的 增加；从图4中还可 出，跨度为4 m 到6 m时下沉量增加较快，6 m到7 m时趋于平缓， 7 m之后又快速增加。 ■ 5.6 28 3E-03 I 4.5000E-03 ■ 4.0000E-03 3.5000E-03 3.0000E-03 2.5000E-03 2.0000E-03 一 1.5000E-03 1.0000E-03 ・ 5.0000E-04 0.0000E-00 -5.0000E-04 -3.0000E-03 -5.0000E-03 -7 .6 000E-03 图图5 方案方案5跨度跨度8 m位移分布位移分布 Fig. 5 Scheme 5 span 8 m displacement distribution 图图2 方案方案5跨度跨度8 m应力分布应力分布 Fig. 2 Scheme 5 span 8 m stress distribution I 6 .27 46 E-03 5.5000E-03 4.5000E-03 3.5000E-03 2.5000E-03 1.5000E-03 0.5000E-03 6 .0000E-04 0.0000E-00 -6 .0000E-04 -1.5000E-03 -3.5000E-03 -5.5000E-03 -7 .5000E-03 -9.16 93E-03 图图6方案方案6跨度跨度9 m位移分布图位移分布图 Fig. 6 Scheme 6 span 9 m displacement distribution 2.7000E06 2.6000E06 2.5000E06 2.4000E06 2.3000E06 2.2000E06 3.5000E05 图图3 方案方案6跨度跨度9 m应力分布应力分布 Fig. 3 Scheme 6 span 9 m stress distribution 采场跨度An 图图4顶板最大拉应力和最大下沉量变化曲线顶板最大拉应力和最大下沉量变化曲线 Fig. 4 Curve of maximum tensile stress and maximum8ub8idenceofroof 2. 3. 3分析结论 拟 可以看出，目前技术条件下采场跨 度8 m为极限跨度，但由于 拟的 场 的复杂性， 产时采场跨度不得 超过6 mo 3工程应用 3.1现场试验情况 东风矿 向水平分层大断面进路胶结充填采 矿工业试验采场位于一26 0水平三分段，136勘探线 附近，矿体平均厚度18 m,走向30左右，倾向NE， 31左右，平 1・2g/t根据试 点采 场岩体稳定性，将原来 的采场跨度3.3 m I 为6 m， 着走向 ，爆破方式为 面爆 破,从现场 况来看，采场壁面 ，部分 破碎区域 ，试 。 3.2技术经济对比 场跨度变更为6 m后，对试验点的技术经济 96中国矿业 第29卷 指标进行了统计，并与之前跨度为3. 3 m时进行了 对比，具体数据见表3。 表表3试验前后技术经济指标对照试验前后技术经济指标对照 Table3 Compa3isonoftechnicalandeconomicindex beforeandafterthetest 序号指标名称跨度3.3 m跨度6 m 1矿 矿 /t 1067 502135 00 2采矿损失率/ 3 981 47 3采矿贫化率/ 10536 47 4采矿工效//工班 383554 67 5采矿直接成本/元/t 635059 80 6单位矿石成本/元/t 66 5062 80 从表3可以看出，采场跨度扩大到6 m后，损失 率和贫化率明显降低，出矿量增加，生产成本减小, 实现矿山的高效经济开采，具有很大的实用价值。 4结论 1 FLAC3 D软件模拟结果表明，在该矿山地质 条件下，8 m为采场的极限跨度，超过8 m顶板就会 发生破坏，鉴于模拟的简化性，建议现场采场跨度不 得超过6 m0 2 现场工业试验表明，采场跨变更为6 m后， 损失率和贫化率明显降低，出矿效率提高，效果良 好；断面扩大后引进的大型凿岩钻孔设备，减轻了工 人的劳动强度，实现了矿山的安全、高效、经济开采。 参考文献 1王炳文，熊庭永，崔向宇，等.九仗沟金矿上向进路采场结构参 数优化].中国矿业，2019,287 110113. 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