CN103758519A - 厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法 - Google Patents

厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法 Download PDF

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CN103758519A CN201310731721.5A CN201310731721A CN103758519A CN 103758519 A CN103758519 A CN 103758519A CN 201310731721 A CN201310731721 A CN 201310731721A CN 103758519 A CN103758519 A CN 103758519A
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Abstract

本发明提供了一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿设计与实施方法，针对当前阶段矿岩条件自上而下依次进行采场结构型式选择和参数优化设计，采用正交数值试验与非线性回归拟合，以阶段嗣后充填采矿盘区采场充填胶凝材料用量作为优化目标，以采场稳定安全系数、地表岩层移动参数和矿石回收率作为约束条件，建立并求解阶段嗣后充填采场设计优化模型，获得当前阶段嗣后充填采矿设计参数。本发明所提出的逐段优化设计与实施方法，能够适应不同阶段矿岩稳定性的差异以及已采阶段对当前阶段稳定性的影响。选择的采场结构型式与阶段矿岩稳定性条件相适应，获得的阶段采场设计参数和胶结充填体强度与采场稳定性、岩移控制以及采矿效益和环保相协调、匹配。

Description

厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法
技术领域
本发明涉及一种厚大矿床的采矿方法，具体涉及一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化设计与实施方法。
背景技术
厚大矿床阶段嗣后充填法开采不仅能够减少固体废弃物排放，保护矿山环境，降低采矿成本，而且还可以提高采矿生产能力，实现以规模求效益，从而提高大型矿床充填法采矿的经济效益。
阶段嗣后充填采矿方法是将矿体在垂直方向划分成若干开采阶段（阶段高度通常为50~150m），然后将阶段矿体划分成若干个开采盘区，再采用分段凿岩和阶段充填进行两步回采。一步回采矿房和胶结充填；二步回采矿柱和非胶结充填。
为了提高盘区采矿生产能力，通常使用大型采掘设备，此时必须采用超大采场以满足大型设备的使用要求。因此，采场稳定性和岩移控制是采矿设计的关键技术。采场稳定性与采场形状、规模、埋深、地应力、矿岩质量以及充填体强度密切相关。
通常厚大矿床的矿岩条件在空间上存在差异性。一般情况下，接近于地表的第四系地层矿岩强度较低，稳定性较差；地层含水量也较丰富。采场围岩变形势必影响地层的渗透特性，增大采场涌水和突水灾害风险。随着地层深度的增加，岩体质量提高。同时，不同阶段采场的充填倍线不同，对充填料浆的管道输送浓度和充填质量也产生影响，从而影响充填料浆的配比与盘区采场充填胶凝材料用量。
目前矿山充填采矿设计与实施普遍采用单一的和确定的采场结构型式和设计参数。其采矿设计既不能适应厚大矿床复杂变化的采矿技术条件，也难以考虑不同阶段的充填倍线对充填采矿成本的影响，势必给采矿生产带来诸多不利后果。一方面，相同的采场结构型式和设计参数对稳固类矿岩条件来说偏于保守，从而限制了充填采矿生产能力；另一方面，对于矿岩稳定性较差和水文地质条件复杂的阶段，其采场结构型式和设计参数可能潜在重大安全隐患，增大采场失稳、岩层移动以及地表沉陷等灾变风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段优化与实施方法，考虑不同阶段的矿岩稳定条件，选择与之相适应的采场结构型式，并从首采阶段开始，建立阶段采矿设计参数优化模型，实施逐段优化与开采，从而实现厚大矿床安全、高效和经济充填法优化设计与采矿的目的。
上述目的是通过下述方案实现的：
一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
（1）根据矿床勘探资料和工程勘探结果，将厚大矿床划分成若干开采阶段，选择首采阶段作为当前阶段；
（2）对当前阶段矿岩质量进行评价与分类，确定矿岩稳定性类别，即确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类；
（3）根据上述确定的当前阶段矿岩稳定性类别，进行当前阶段的采场结构型式选择；
（4）针对当前阶段的采场结构型式，进行采矿设计参数优化决策，具体方法为：建立当前阶段采矿设计参数的数值仿真模型，进行当前阶段采矿设计参数的多水平正交数值试验；根据正交数值试验结果，采用非线性回归拟合，获得采场稳定安全系数、地表岩移参数以及矿石损失率与采矿设计参数的函数关系，以当前阶段盘区采场充填胶凝材料用量作为优化目标，以采场稳定安全系数、地表岩移参数和矿石损失率作为约束条件，建立阶段嗣后充填采场设计优化模型；通过求解该优化模型，获得当前阶段嗣后充填法采矿设计参数；
（5）根据所获得的当前阶段嗣后充填法采矿设计参数进行开采；
（6）按照从下向上的回采顺序，依次选定不同的阶段作为当前阶段，综合当前阶段的矿岩稳定性类别和已采阶段对当前阶段矿岩稳定性的影响，确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类，进行采矿设计参数优化决策与实施，即重复步骤（3）—步骤（5）中的操作，直至完成所有的回采阶段。
本发明的一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，其特征在于，在步骤（3）中，如果当前阶段矿岩条件属于稳固类矿岩，则选择间隔式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于中等稳固类矿岩，则选择对角式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于较不稳固矿岩，则选择点柱式采场结构型式。
本发明的有益效果：
本发明所提供的厚大矿床阶段嗣后充填法采矿逐段设计与实施方法，与传统的阶段嗣后充填采矿方法相比具有以下区别：（1）传统方法选择埋藏最浅的阶段作为首采阶段，采取从上至下的开采顺序；本发明的首采阶段则选择矿岩条件相对较好的深部阶段，采取从下至上阶段回采顺序，延缓地下开采对地表第四系地层的影响；（2）传统方法对矿体所有阶段均采用相同的采场结构型式和结构参数；本发明则根据开采阶段的矿岩条件选择与之相适应的采场结构型式；（3）传统的采矿设计不考虑已采阶段采矿对当前阶段矿岩条件的影响，本发明则考虑已采阶段的采矿设计参数以及实际采矿情况对当前阶段采矿设计参数的影响。（4）传统的采矿设计是根据采矿手册和工程经验确定回采参数；本发明则是通过正交数值试验，以盘区充填胶凝材料的用量为优化目标，以采场稳定性、岩移参数和矿石损失率为约束条件，建立优化模型进行采矿设计参数的优化决策，因此，所获得采场结构型式和采矿设计参数与当前阶段矿岩条件相匹配。
本发明所提出的采矿设计与实施方法，既考虑了厚大矿床矿岩条件在空间上的差异性，还考虑了已采阶段对当前阶段矿岩条件的影响；通过建立的优化设计模型进行逐段设计和实施，由此获得的采矿设计参数能够与当前开采阶段采矿技术条件相适应。本发明所提出的采矿设计与实施方法，能够适应厚大矿床不同阶段采矿技术条件的差异以及已采矿体对当前阶段采矿条件的影响，选择的采场结构型式与矿岩条件的相匹配，优化决策的采矿设计参数与采场结构的相协调，从而满足采场的稳定、岩移控制以及矿石损失率控制的开采条件，实现厚大矿床安全、高效和环保开采和采矿效益的最大化。
附图说明
图1是本发明厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施的顺序示意图；
图2是阶段嗣后充填采矿法间隔式采场结构示意图；
图3是阶段嗣后充填采矿法对角式采场结构示意图；
图4是阶段嗣后充填采矿法点柱式采场结构示意图；
图5是本发明实施例的阶段矿房顶底板胶结充填混凝土高度示意图。
具体实施方式
本发明的针对厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法是按照自下而上的顺序进行的。图1为本发明的厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施的顺序示意图。
本发明的一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，包括以下几个步骤：
（1）根据矿床勘探资料和工程勘探结果，将厚大矿床划分成若干开采阶段，选择首采阶段作为当前阶段；
（2）对当前阶段矿岩质量进行评价与分类，确定矿岩稳定性类别，即确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类；
（3）根据上述确定的当前阶段矿岩稳定性类别，进行当前阶段的采场结构型式选择；
（4）针对当前阶段的采场结构型式，进行采矿设计参数优化决策，具体方法为：建立当前阶段采矿设计参数的数值仿真模型，进行当前阶段采矿设计参数的多水平正交数值试验；根据正交数值试验结果，采用非线性回归拟合，获得采场稳定安全系数、地表岩移参数以及矿石损失率与采矿设计参数的函数关系，以当前阶段盘区采场充填胶凝材料用量作为优化目标，以采场稳定安全系数、地表岩移参数（即地表岩层移动参数）和矿石损失率作为约束条件，建立阶段嗣后充填采场设计优化模型；通过求解该优化模型，获得当前阶段嗣后充填法采矿设计参数；
（5）根据所获得的当前阶段嗣后充填法采矿设计参数进行开采；
（6）按照从下向上的回采顺序，依次选定不同的阶段作为当前阶段，综合当前阶段的矿岩稳定性类别和已采阶段对当前阶段矿岩稳定性的影响，确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类，进行采矿设计参数优化决策与实施，即重复步骤（3）—步骤（5）中的操作，直至完成所有的回采阶段。除首采阶段外，当前阶段采场结构型式的选择不仅考虑了当前阶段的矿岩条件，同时考虑了已采阶段对矿岩稳定性的影响，由此确定的采场结构型式在确保采矿安全的条件下，实现了充填采矿生产能力的最大化。
在步骤（3）中，如果当前阶段矿岩条件属于稳固类矿岩，则选择间隔式采场结构型式，如图2所示；如果当前阶段矿岩条件属于中等稳固类矿岩，则选择对角式采场结构型式，如图3所示；如果当前阶段矿岩条件属于较不稳固类矿岩，则选择点柱式采场结构型式，如图4所示。
间隔式采场结构型式如图2所示，将盘区划分为矿房、矿柱和间柱，图中1为矿房，2为矿柱，3为间柱，4为待采矿块。开采时，一步回采矿房，采用胶结充填，二步回采矿柱，采用非胶结充填。这种间隔式采场结构的矿房、矿块的采场空间大，可以采用大型采掘设备进行采矿；单个采场矿量大，可以实现采掘和出矿连续作业，大大提高采场的生产能力；同时，该种采场结构的回采工艺简单，有利于采矿工序安排和生产衔接。但该种采场结构采场空间大，揭露的采场面积大，暴露的时间长，对采场的稳定性造成不利影响，因此通常适用矿岩稳定性较高Ⅰ、Ⅱ类围岩的稳固矿岩条件。
对角式采场结构如图3所示，其中，5为矿房，6为矿柱，7为间柱，8为待采矿块。这种采场结构将间隔式采场的长度减小一半，从而减小了采场空间。与间隔式采场结构型式相比，采场稳定性得到提高，但降低了采场的生产能力。适用于阶段矿岩中等稳定的矿岩条件。
点柱式采场结构如图4所示，其中，9为矿房，10为矿柱，11为间柱。这种采场结构在盘区采场中留设若干个点柱，如图4中12所示，以实现对揭露顶板的支撑，大大提高采场的稳定性。但由于留设点柱损失资源，还导致采掘作业与出矿生产工艺较为复杂。同时，留设点柱导致采场空间减小，限制了大型采掘设备使用，从而降低采场生产能力。因此，点柱式采场结构型式适用于阶段矿岩较不稳固的矿岩条件。
下面结合具体实施例对本发明加以说明。
实施例1
某铁矿体埋藏深度120~500m，矿体上部赋存100~200m的第四系含水层，矿石储量达到14.5亿吨，TFe平均品位30.9%，属于大型贫铁矿床。矿体赋存标高为-150~-650m。地表拥有村庄农田，矿体上部第四系含有丰富的地下水，因此设计采用阶段嗣后充填法开采。采用本发明提供的设计方法对该矿床进行优化设计与开采。
（1）根据矿体赋存条件和埋藏深度，将矿体在垂直方向上划分成5个阶段开采，每个阶段高度100m。根据矿山工程地质和水文地质研究等矿床勘探资料和工程勘探结果，选择矿岩为稳固类的-450m阶段作为首采阶段，然后从下向上逐段进行-350m和-250m两个阶段的设计和开采。首采-450m阶段为当前阶段，见图1。
（2）根据矿床勘探钻孔和工程地质勘察资料进行当前阶段矿岩分类，确定当前阶段矿岩为稳固类。
（3）根据当前阶段稳固类采矿条件，选择间隔式采场结构型式进行阶段嗣后充填法开采。间隔式采场结构盘区矿体采用两步回采：一步回采矿房，采用胶结充填，二步回采矿柱，采用非胶结充填，根据间隔式采场结构型式，阶段采场由盘区间柱、矿房、矿柱、顶、底板胶结充填混凝土构成框架结构承担地压作用。
（4）建立采矿设计优化模型和求解。
① 建立目标函数：如图2和图5所示，采矿设计参数包括盘区间柱宽度                                                、矿房（矿柱与矿房相同）宽度
Figure 879880DEST_PATH_IMAGE002
、矿房胶结充填体抗压强度以及矿房顶底板胶结充填混凝土高度
Figure 687616DEST_PATH_IMAGE004
（如图5所示）和抗压强度。选择以盘区采场充填胶凝材料用量为采矿设计参数的优化目标，则目标函数为
Figure 160502DEST_PATH_IMAGE006
。其中，
Figure 376720DEST_PATH_IMAGE007
是盘区采场胶结充填所需要的胶凝材料总量，是设计参数变量的函数。
② 建立地表岩移函数：
地表岩移参数采用地表倾斜率
Figure 728067DEST_PATH_IMAGE008
、地表水平应变和地表曲率。首先根据矿山的工程地质和水文地质研究所确定的矿岩条件，确定矿体和矿岩的力学与变形参数。然后，针对、
Figure 350492DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 823062DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 389041DEST_PATH_IMAGE003
、5个设计参数选择4个水平，采用正交设计表，确定5因素4水平的16次正交设计方案。在此基础上，根据建立矿床开采的三维数值模拟，依次进行正交数值试验，由此获得每个计算方案所对应的地表岩移参数
Figure 538580DEST_PATH_IMAGE014
。根据计算的岩移参数，采用回归拟合，建立地表岩移参数
Figure 334498DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 618848DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 31375DEST_PATH_IMAGE010
与设计参数
Figure 262636DEST_PATH_IMAGE001
、
Figure 444219DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 899471DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 268136DEST_PATH_IMAGE003
、之间的函数关系为：，
Figure 496489DEST_PATH_IMAGE016
，
Figure 601717DEST_PATH_IMAGE017
。
③ 确定采场稳定性约束函数：
根据仿真正交数值试验，计算每一个回采方案在采、充过程中采场稳定安全系数；然后进行回归分析，建立一步回采矿房的采场稳定安全系数
Figure 705939DEST_PATH_IMAGE018
，胶结充填矿房采场稳定安全系数
Figure 862114DEST_PATH_IMAGE019
，二步回采矿柱采场稳定安全系数
Figure 128010DEST_PATH_IMAGE020
和非胶结充填后采场稳定安全系数
Figure 736846DEST_PATH_IMAGE021
与设计参数关系：
Figure 910338DEST_PATH_IMAGE022
，
Figure 389861DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 357817DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 922791DEST_PATH_IMAGE025
。
④ 确定矿石损失率约束函数：
由于间柱矿体不可回采，因此间隔式采场结构的矿石损失率与盘区间柱尺寸相关。矿石损失率
Figure 368816DEST_PATH_IMAGE026
。其中
Figure 499583DEST_PATH_IMAGE027
分别为-450m阶段间柱的体积与-450m阶段盘区矿石总体积。
⑤ 建立优化模型：
根据目标函数和约束函数，建立间隔式结构型式的采矿设计优化模型如下：
盘区采场充填采用的胶结充填胶凝材料用量Q1达到最小，即
Figure 356549DEST_PATH_IMAGE028
                   （1）
同时满足地表岩移、采场稳定性和矿石回收率的约束条件，即
Figure 939977DEST_PATH_IMAGE029
                     （2）
Figure 189693DEST_PATH_IMAGE030
                    （3）
                    （4）
其中，
Figure 953567DEST_PATH_IMAGE032
──矿体地表允许岩层移动参数。
Figure 24291DEST_PATH_IMAGE033
                 （5）
Figure 546539DEST_PATH_IMAGE034
                （6）
Figure 386319DEST_PATH_IMAGE035
                （7）
Figure 866979DEST_PATH_IMAGE036
               （8）
其中，
Figure 628262DEST_PATH_IMAGE037
分别为采场稳定允许安全系数。
  
Figure 485359DEST_PATH_IMAGE038
                       （9）
其中，
Figure 179646DEST_PATH_IMAGE039
──矿石允许损失率。
⑥ 求解优化模型，获得-450m阶段满足约束条件的胶凝材料用量最少的采矿设计参数。
（5）根据所获得的-450m阶段采矿设计参数进行-450m阶段嗣后充填法采矿。
（6）进行-350阶段的采矿设计参数优化，首先确定-350阶段的矿岩稳定性类别。
根据-450m阶段的实际采矿情况，结合-350m的矿床工程地质和水文地质研究结果，确定-350m阶段矿岩条件属于中等稳固类。
（7）重复步骤（3）~（5）进行-350m阶段的采矿设计参数的优化和实施。
① 选择-350m阶段采场结构型式：
-350m阶段矿岩条件属于中等稳固类，因此选择对角式采场结构型式。
对角式采场结构型式与间隔式采场结构的区别是：采场的长度减小一半，并采取矿块对角开采和充填。阶段采场仍由盘区间柱、矿房、矿柱、顶、底板胶结充填混凝土构成框架结构。对角式采场结构盘区矿体回采工艺为：一步回采矿房，二步胶结充填，三步回采矿柱，四步非胶结充填。
② 建立采矿设计优化模型和求解。
目标函数：如图3和图5所示，对角式采场结果的采矿设计参数与间隔式相同，包括盘区间柱宽度
Figure 549316DEST_PATH_IMAGE040
，矿房（矿柱与矿房相同）宽度
Figure 594632DEST_PATH_IMAGE041
、矿房胶结充填体抗压强度
Figure 989842DEST_PATH_IMAGE042
以及矿房顶底板胶结充填混凝土高度（如图5所示）和抗压强度
Figure 95518DEST_PATH_IMAGE044
。则以盘区采场充填胶凝材料用量为优化目标的目标函数为
Figure 362551DEST_PATH_IMAGE045
。其中，
Figure 295872DEST_PATH_IMAGE046
是对角式采场胶结充填所需要的胶凝材料总量。
地表岩移函数：同样针对对角式采场结构的
Figure 433592DEST_PATH_IMAGE040
、、
Figure 181286DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 652718DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 176104DEST_PATH_IMAGE044
5个设计参数选择4个水平，采用正交设计表，确定5因素4水平的16次正交设计和数值试验，采用回归拟合，建立-350m阶段开采地表岩移参数
Figure 340369DEST_PATH_IMAGE047
与设计参数
Figure 300103DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 840806DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 218698DEST_PATH_IMAGE043
、
Figure 288285DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 751627DEST_PATH_IMAGE044
之间的函数关系
Figure 96021DEST_PATH_IMAGE048
，
Figure 62840DEST_PATH_IMAGE049
，
Figure 568908DEST_PATH_IMAGE050
。
采场稳定性约束函数：根据正交数值试验，计算每一个回采方案在采、充过程中采场稳定安全系数；然后进行回归分析，建立回采矿房的采场稳定安全系数，胶结充填矿房采场稳定安全系数
Figure 136472DEST_PATH_IMAGE052
，回采矿柱采场稳定安全系数
Figure 488956DEST_PATH_IMAGE053
和非胶结充填后采场稳定安全系数
Figure 884034DEST_PATH_IMAGE054
与设计参数关系：
Figure 321969DEST_PATH_IMAGE055
，
Figure 477007DEST_PATH_IMAGE056
，
Figure 152839DEST_PATH_IMAGE057
，。
矿石损失率约束函数：间柱矿体不可回采，因此对角式采场结构的矿石损失率
Figure 191519DEST_PATH_IMAGE059
。其中
Figure 415827DEST_PATH_IMAGE060
分别为-350m阶段间柱的体积与-350m阶段盘区矿石总体积。
建立优化模型：对角式结构型式的采矿设计优化模型如下：
盘区采场充填采用的胶结充填胶凝材料用量Q2达到最小，即
   ，                 （10）
同时满足地表岩移、采场稳定性和矿石回收率的约束条件，即
   
Figure 496095DEST_PATH_IMAGE062
              （11）
Figure 643043DEST_PATH_IMAGE063
              （12）
  
Figure 400870DEST_PATH_IMAGE064
               （13）
其中，
Figure 582452DEST_PATH_IMAGE065
──矿体地表允许岩层移动参数。
  
Figure 37704DEST_PATH_IMAGE066
                （14）
Figure 406369DEST_PATH_IMAGE067
                  （15）
Figure 972479DEST_PATH_IMAGE068
                 （16）
Figure 8568DEST_PATH_IMAGE069
                 （17）
其中，
Figure 103563DEST_PATH_IMAGE070
分别为采场稳定允许安全系数。
          
Figure 225103DEST_PATH_IMAGE071
                （18）
其中，
Figure 594905DEST_PATH_IMAGE072
──矿石允许损失率。
求解优化模型，获得-350m阶段满足约束条件的胶凝材料用量最少的采矿设计参数，并按照此参数进行-350阶段的开采。
（8）进行-250阶段的采矿设计参数优化，首先确定-250阶段的矿岩稳定性类别。
根据-450m和-350m阶段的实际采矿情况，结合-250m的矿床工程地质和水文地质研究结果，确定-250m阶段矿岩条件属于较不稳固类。
（9）重复步骤（3）~（5）进行-250m阶段的采矿设计参数的优化和实施。
① 选择-250m阶段采场结构型式：
-250m阶段矿岩条件属于较不稳固类，因此选择点柱式采场结构型式。
② 建立采矿设计优化模型和求解。建立目标函数：如图4和图5所示，采矿设计参数包括盘区间柱宽度
Figure 219921DEST_PATH_IMAGE073
、矿房（矿柱与矿房相同）宽度、矿房胶结充填体抗压强度
Figure 625812DEST_PATH_IMAGE075
、矿房顶底板胶结充填混凝土高度
Figure 251834DEST_PATH_IMAGE076
（如图5所示）和抗压强度
Figure 262515DEST_PATH_IMAGE077
以及点柱宽b。以盘区采场充填胶凝材料用量为采矿设计参数的目标函数为
Figure 230471DEST_PATH_IMAGE078
。其中，
Figure 795445DEST_PATH_IMAGE079
是点柱式采场胶结充填所需要的胶凝材料总量，是设计参数变量的函数。
地表岩移函数：地表岩移参数采用地表倾斜率、地表水平应变
Figure 637816DEST_PATH_IMAGE081
和地表曲率
Figure 245515DEST_PATH_IMAGE082
。首先根据矿山的工程地质和水文地质研究所确定的矿岩条件，确定矿体和围岩的力学与变形参数。然后，进行，，
Figure 63932DEST_PATH_IMAGE075
，，
Figure 365786DEST_PATH_IMAGE077
，b 6因素5个水平的正交设计与数值试验，由此获得每个计算方案所对应的地表岩移参数
Figure 419193DEST_PATH_IMAGE083
。根据计算的岩移参数，采用回归拟合，建立地表岩移参数
Figure 258973DEST_PATH_IMAGE080
、
Figure 208475DEST_PATH_IMAGE081
和
Figure 766495DEST_PATH_IMAGE082
与设计参数
Figure 358013DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 786720DEST_PATH_IMAGE074
，
Figure 438282DEST_PATH_IMAGE075
，
Figure 218019DEST_PATH_IMAGE076
，
Figure 82070DEST_PATH_IMAGE077
，b之间的函数关系为：
Figure 896442DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 718904DEST_PATH_IMAGE085
，
Figure 985938DEST_PATH_IMAGE086
。
采场稳定性函数：根据仿真正交数值试验，计算每一个回采方案在采、充过程中采场稳定安全系数；然后进行回归分析，建立回采矿房的采场稳定安全系数
Figure 902947DEST_PATH_IMAGE087
，胶结充填矿房采场稳定安全系数
Figure 571826DEST_PATH_IMAGE088
，回采矿柱采场稳定安全系数
Figure 565189DEST_PATH_IMAGE089
和非胶结充填后采场稳定安全系数与设计参数关系：，
Figure 314337DEST_PATH_IMAGE092
，，
Figure 657910DEST_PATH_IMAGE094
。
矿石损失率函数：由于间柱矿体和点柱矿石均不可回采，因此对角式采场结构的矿石损失率与盘区间柱B和点柱宽度b相关。矿石损失率。其中分别为-250m阶段间柱和点柱的体积之和与-250m阶段盘区矿石总体积。
建立优化模型：
根据目标函数和约束函数建立点柱式采场结构型式的采矿设计优化模型如下：
盘区采场充填采用的胶结充填胶凝材料用量达到最小，即
Figure 198613DEST_PATH_IMAGE095
                  (19)
同时满足地表岩移、采场稳定性和矿石回收率的约束条件，即
Figure 576505DEST_PATH_IMAGE096
                      (20)
Figure 895360DEST_PATH_IMAGE097
                      (21)
Figure 358702DEST_PATH_IMAGE098
                     (22)
其中，
Figure 703096DEST_PATH_IMAGE099
──矿体地表允许岩层移动参数。
Figure 404335DEST_PATH_IMAGE100
               (23)
Figure 175982DEST_PATH_IMAGE101
               (24)
Figure 126621DEST_PATH_IMAGE102
               (25)
Figure 477968DEST_PATH_IMAGE103
               (26)
其中，
Figure 830452DEST_PATH_IMAGE104
分别为采场稳定允许安全系数。
     
Figure 773000DEST_PATH_IMAGE105
                     (27)
其中，
Figure 679776DEST_PATH_IMAGE106
──矿石允许损失率。
求解优化模型，获得-250m阶段满足约束条件的胶凝材料用量最少的采矿设计参数，并按照该采矿设计参数进行-250阶段的开采。
至此完成了该厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的逐段优化设计与实施。

Claims (2)

1. 一种厚大矿床阶段嗣后充填法采矿的设计与实施方法，其特征在于，该方法包括以下几个步骤：
（1）根据矿床勘探资料和工程勘探结果，将厚大矿床划分成若干开采阶段，选择首采阶段作为当前阶段；
（2）对当前阶段矿岩质量进行评价与分类，确定矿岩稳定性类别，即确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类；
（3）根据上述确定的当前阶段矿岩稳定性类别，进行当前阶段的采场结构型式选择；
（4）针对当前阶段的采场结构型式，进行采矿设计参数优化决策，具体方法为：建立当前阶段采矿设计参数的数值仿真模型，进行当前阶段采矿设计参数的多水平正交数值试验；根据正交数值试验结果，采用非线性回归拟合，获得采场稳定安全系数、地表岩移参数以及矿石损失率与采矿设计参数的函数关系，以当前阶段盘区采场充填胶凝材料用量作为优化目标，以采场稳定安全系数、地表岩移参数和矿石损失率作为约束条件，建立阶段嗣后充填采场设计优化模型；通过求解该优化模型，获得当前阶段嗣后充填法采矿设计参数；
（5）根据所获得的当前阶段嗣后充填法采矿设计参数进行开采；
（6）按照从下向上的回采顺序，依次选定不同的阶段作为当前阶段，综合当前阶段的矿岩稳定性类别和已采阶段对当前阶段矿岩稳定性的影响，确定当前阶段矿岩属于稳固类、中等稳固类还是较不稳固类，进行采矿设计参数优化决策与实施，即重复步骤（3）—步骤（5）中的操作，直至完成所有的回采阶段。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤（3）中，如果当前阶段矿岩条件属于稳固类矿岩，则选择间隔式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于中等稳固类矿岩，则选择对角式采场结构型式；如果当前阶段矿岩条件属于较不稳固矿岩，则选择点柱式采场结构型式。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104750940A (zh) * 2015-04-10 2015-07-01 中国矿业大学(北京) 一种地下采场胶结充填体强度动态设计方法
CN105781611A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 河北钢铁集团矿业有限公司 基于超静定三铰拱的连跨矿房结构设计方法
CN105822306A (zh) * 2016-03-22 2016-08-03 河北钢铁集团矿业有限公司 急倾斜厚大矿体连跨结构体系的矿房结构设计方法
WO2019105177A1 (zh) * 2017-11-28 2019-06-06 中国矿业大学 一种充填采场矿压弱化表征方法
CN112610215A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 金奥深海装备技术(深圳)有限责任公司 一种气举提升法的采矿参数确定方法、终端及存储介质
CN114233392A (zh) * 2021-11-03 2022-03-25 河南理工大学 一种井下低生态损伤工作面开采参数优化方法
CN115719010A (zh) * 2022-12-23 2023-02-28 东北大学 基于矿体特征与采动地压响应的金属矿深部采矿设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277171C1 (ru) * 2004-11-09 2006-05-27 ГНУ "Центр информационно-аналитического обеспечения системы дистанционного образования Министерства образования Российской Федерации" (ЦИАН) Способ подземной разработки месторождения твердого полезного ископаемого
RU2009147005A (ru) * 2009-12-17 2011-06-27 Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук (RU) Экогеотехнологический способ повторной подземной разработки техногенных россыпных месторождений криолитозоны
CN102562065A (zh) * 2012-01-12 2012-07-11 北京科技大学 一种分段空场嗣后充填采矿方法
CN102678119A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 河北钢铁集团矿业有限公司 一种控制岩移高效充填采矿方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2277171C1 (ru) * 2004-11-09 2006-05-27 ГНУ "Центр информационно-аналитического обеспечения системы дистанционного образования Министерства образования Российской Федерации" (ЦИАН) Способ подземной разработки месторождения твердого полезного ископаемого
RU2009147005A (ru) * 2009-12-17 2011-06-27 Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения Российской академии наук (RU) Экогеотехнологический способ повторной подземной разработки техногенных россыпных месторождений криолитозоны
CN102562065A (zh) * 2012-01-12 2012-07-11 北京科技大学 一种分段空场嗣后充填采矿方法
CN102678119A (zh) * 2012-05-09 2012-09-19 河北钢铁集团矿业有限公司 一种控制岩移高效充填采矿方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
南世卿: "司家营大型铁矿充填法采矿采场结构参数优化研究", 《第十八届川鲁冀晋琼粤辽七省矿业学术交流会论文集》 *
宋爱东等: "司家营南区充填法采矿结构参数优化及稳性分析", 《鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会论文集（采矿技术卷）》 *
董璐等: "司家营铁矿南区充填采矿参数优化设计", 《金属矿山》 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104750940A (zh) * 2015-04-10 2015-07-01 中国矿业大学(北京) 一种地下采场胶结充填体强度动态设计方法
CN104750940B (zh) * 2015-04-10 2020-08-25 中国矿业大学(北京) 一种地下采场胶结充填体强度动态设计方法
CN105781611A (zh) * 2016-03-03 2016-07-20 河北钢铁集团矿业有限公司 基于超静定三铰拱的连跨矿房结构设计方法
CN105781611B (zh) * 2016-03-03 2017-08-29 河北钢铁集团矿业有限公司 基于超静定三铰拱的连跨矿房结构设计方法
CN105822306A (zh) * 2016-03-22 2016-08-03 河北钢铁集团矿业有限公司 急倾斜厚大矿体连跨结构体系的矿房结构设计方法
WO2019105177A1 (zh) * 2017-11-28 2019-06-06 中国矿业大学 一种充填采场矿压弱化表征方法
CN112610215A (zh) * 2020-12-15 2021-04-06 金奥深海装备技术(深圳)有限责任公司 一种气举提升法的采矿参数确定方法、终端及存储介质
CN114233392A (zh) * 2021-11-03 2022-03-25 河南理工大学 一种井下低生态损伤工作面开采参数优化方法
CN115719010A (zh) * 2022-12-23 2023-02-28 东北大学 基于矿体特征与采动地压响应的金属矿深部采矿设计方法
CN115719010B (zh) * 2022-12-23 2023-08-04 东北大学 基于矿体特征与采动地压响应的金属矿深部采矿设计方法

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