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第六章 采矿方法
加隔离矿柱的宽度将有助于改善其受力状况。
鉴于隔离矿柱宽度对其受力状态影响较大，考虑隔离矿柱今后回采的要求，确定隔离矿柱宽度与矿房宽度一致，均为18 m，采场长度为82 m。
表6-5 整个开采过程中单元内出现的最大主应力比较表
矿房长度(m)
单元中最大主应力(Mpa)
90 90.8
88 85.7
84 79.1
表6-6 1盘区采完时盘区采场中间剖面周边应力分布比较表
矿房长度(m) 最大主应力(Mpa) 最大拉应力(Mpa)
90 65.01 2.75
88 63.69 2.43
84 61.82 2.05
表6-7 两个盘区都采完时隔离矿柱应力分布比较表
矿房长度(m) 最大主应力(Mpa) 最大拉应力(Mpa)
90 92.38 3.03
88 85.65 2.29
84 83.29 1.87
6.3.3 回采顺序优化
回采顺序包括盘区回采顺序和采场回采顺序。根据优化的盘区布置方式，盘区回采顺序采用沿矿体走向推进的回采方式，可同时布置大孔采场和中深孔采场，提高设备的利用率，维持采矿生产的均衡。考虑部分矿岩具有岩爆倾向性，为控制地压和岩爆，并借鉴国外有岩爆倾向矿床开采的实际经验，从岩层控制稳定性出发，矿体总体回采顺序确定为：在垂直矿体走向方向上，由背斜轴部向两翼推进，在沿矿体走向上由中央厚大部位向两端推进，局部遇断层和岩墙等地质弱面时，由弱面向远处推进。首采地段盘区的回采顺序为50←52→54→56→58。从保证产量、便于生产组织和盘区结构稳定性来考虑，按二个盘区同时回采，在整体上再向两边推进。见本节计算机三维有限元Flac-3D的数值模拟。
采场的回采顺序为：在开采厚大矿体时(大于50 m)，采用“隔3采1”；在中厚矿体开采时，采用“隔1采1”或“隔3采1”的回采顺序；先采矿房，回采结束后对采场进行全尾胶结充填；后采矿柱，回采结束用全尾砂充填。
矿山生产能力的稳定性主要取决于其出矿工序的连续性，它不仅与设备、人员配置有关，也与采场数量及其回采顺序有关。为了在同时作业的采场数、设备、
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第六章 采矿方法
人员数最小的前提下，保证生产能力，采场回采顺序的合理安排显得尤为重要。通过对冬瓜山矿阶段空场嗣后充填采矿方法工艺分析，结合最优化理论，按照“从定性到定量的综合集成方法”，确定同一工序单采场作业时的采场回采顺序为在采场平面尺寸相同的条件下，由厚大采场向薄采场推进。
矿山生产的关键是要有矿石可出，因此出矿工序之前(包括出矿工序)的时间对顺序的安排非常关键。由前所述冬瓜山矿床的采矿方法为阶段空场嗣后充填法，根据采场厚度的变化，又分为大直径深孔阶段空场嗣后充填法和中深孔阶段空场嗣后充填法。其中，当矿体可采厚度小于30 m时，采用中深孔落矿。当矿体可采厚度大于40 m时，采用大孔落矿。而当矿体可采厚度介于30 m～40 m之间时，视左右两边采场情况灵活变化，两侧为大孔采场时，采用大孔采矿，两侧为中孔采场时，为减少采切工程量，采用中孔采矿。
采准工程以一个基本开采单元为单位进行设计及施工，一个标准回采单元的采准工程有出矿联络道、构成底部结构的出矿巷道、出矿进路、堑沟巷道，顶部凿岩联络道、构成顶部工程的凿岩巷道、凿岩硐室、凿岩巷道联道以及单线顶部充填回风巷道等；切割工程有大孔采场的水平拉底和中深孔采场的切割等。考虑到采矿工程本身的特点，如作业过分集中，不同采场之间各工序的交叉影响将较大，某一种回采顺序对采场结构稳定性的影响等等，在具体安排回采顺序时，除按照前述确定的总体原则—从大到小进行外，还必须考虑采矿工程本身在各个方面的要求，通过其他方面的研究和分析予以合理的、综合的研究，并最终做出决策。
实际开采阶段，通过对深井复杂、厚大、缓倾斜、高温、有岩爆倾向、品位较低的冬瓜山矿床的研究和分析，为实现其通过大的生产规模、先进的工艺技术、大型的采矿设备、严密的组织计划来实现安全、高效、低成本、无废开采的目标，应用信息技术和手段，在真实反映冬瓜山深部矿床特征和开采过程复杂情况的条件下，借助于计算机模拟手段基于产量稳定性和结构稳定性两个方面进行优化和决策，确定了较优的回采顺序和原则。这对冬瓜山矿的安全、高效开采以及其经济效益的充分有效发挥具有重要的理论和实践价值。 6.3.3.1 回采顺序数值模拟
为满足冬瓜山矿大规模开采的要求，并有效避免回采过程出现应力过于集中，致使采场和采矿巷道围岩发生大的位移，造成岩体失稳，开展冬瓜山矿床深井开采回采顺序数值模拟研究，以优化开采过程。采用FLAC3D (Fast Lagrangian Analysis of continua in 3 Dimensions) 进行深井开采开挖过程回采顺序和稳定性的数值模拟。
6.3.3.2基于DATAMINE的数值模拟前处理模型构建
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第六章 采矿方法
回采顺序数值模拟计算模型是在Datamine块段模型基础上形成的。根据在Datamine中块段模型的构建方法以及本文对前处理模型的要求，确定块段模型构建流程如图6-8所示。
原始资料数字化地质和工程图矿体表面模型约束岩层表面模型赋值采场表面模型数值分析前处理块段模型
图6-8 块段模型构建流程
6.3.3.3数值分析前处理块段模型构建
Datamine中建立块段模型的步骤为：(1)根据确定的参数建立一个模型原型，即空块段模型；(2)分别用岩层模型、矿体模型、难易选矿石分界面模型和首采地段采场模型对块段模型进行约束，并对其中的单元块赋相应的属性。(3)对表面模型设置2种单元块属性，Layer表示所有层状模型约束后的单元块属性，Rock表示采场模型约束后的单元块属性。(4)将第二步建立的模型依次相加，生成最终的模型。
为使建立的块段模型包含以上表面模型，并考虑回采过程模拟结构稳定性分析的需要，确定块段模型单元大小。单元划分需要考虑三方面的问题。①体现矿体的地质特征，以确保计算模型能够真实反映岩体的几何形态；②应力、位移等计算结果的连续性；③计算机的运算能力。
根据以上原则，块段模型的单元块都采用3?3?6 m3六面体单元的结合方式进行划分，水平方向上采用3 m单元进行细分，表达采场结构和18 m隔离矿柱变化，高度方向上采用6 m单元划分。整个模型在三个方向的尺寸为2 196、1 548、1 368，模型原型的基本参数见表6-8。前处理块段模型共有642 785个单元和673 920个节点。
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表6-8 块段模型原型的基本参数
参 数
绝对模型原点东坐标(X) 绝对模型原点北坐标(Y) 绝对模型原点标高(Z) 相对模型原点东坐标(X) 相对模型原点北坐标(Y) 相对模型原点标高(Z) 模型X方向单元块尺寸 模型Y方向单元块尺寸 模型Y方向单元块尺寸 模型X方向单元块块数 模型Y方向单元块块数 模型Y方向单元块块数
取 值
84355.5 22302.5 -841 0 0 0 6 6 6 155 143 30
6.3.3.4三维地质建模软件与数值模拟软件的耦合方式
三维地质建模软件和数值模拟软件耦合可通过完全紧密耦合、DDE或OLE耦合以及松散耦合三种方式实现。
完全紧密耦合方式实际上是代码耦合，即利用三维地学软件的二次开发语言开发出能进行力学计算的功能模块，也可以利用其他编程语言将力学计算代码编译成函数库，供地学软件通过DLL动态连接库调用。这样三维地质建模和数值模拟就集成到同一个平台中。但代码耦合方式存在明显的缺点，它要求开发者必须有较强的计算机编程能力，需要非常了解三维地质建模软件和数值模拟软件的程序代码及相关数据结构和算法等细节性的问题，一般用户往往难以办到，而且地学软件提供的二次开发语言一般属于解释型语言，代码重写方式执行的效率不高或者根本无法实现，只能适用于较为简单的模型。DLL调用方式效率有所提高，在可扩充性和复杂模型使用上也受开发语言的限制。
DDE是指动态数据交换，OLE 指对象链接与嵌入，两种方式都能使不同的Windows 应用程序之间彼此通信。当建模和数值分析软件都支持该方式时，就可进行两者之间的耦合应用。应用中，一方为客户端(Client) ，另一方为服务端(Server) ，即一方为另一方提供数据服务或更复杂的服务。对于数值计算模型和地学模型耦合来说，地学模型为客户端，而数值计算模型为服务端。但对一般通用的数值计算软件或地学软件来说，一般不会做到支持DDE 或OLE ，这就限制了该耦合方式的应用。
松散耦合方式是通过数据转换程序将两者结合起来。数据转换程序的作用是将地质建模软件的数据转换为数值模拟软件可以接受的格式并输入。松散耦合方式的优点是两者互相独立，互不影响，只需最小的编程就可以提供全部功能。实
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