摘要：采矿工程是人类最主要的岩土工程之一，其开采方案的优选和回采顺序的优化已引起人们的广泛关注。在采矿工程中，开挖是造成围岩应力扰动和重新分布的主要原因，作为工程对象的岩石始终处于不断加载和卸载的循环过程中，在此过程中，岩体的应力-应变特性随开采时步而表现出不同的力学效应。其实质是通过一定的技术手段，构筑开采的人工环境，改造矿体的赋存地质条件，以减少回采过程中对原岩状态的扰动，保障采矿工程结构的稳定性。本文分析了采矿环境再造的开采顺序时变优化。
关键词：采矿环境再造；开采顺序；时变优化；
通过改变崩矿落矿方式，可实现矿石的有效运搬，而厚矿体大都划分为两步骤或多步骤回采，其合理的回采顺序将直接影响到矿体能否高效安全回采。因此，研发适合该类矿床赋存条件下的合理回采顺序，是实现高效安全开采的关键所在。
一、概述分析
在当今科技经济发展的新形势和地方煤矿发展的需求下，煤矿开采技术的改革必须面向经济建设主战场，采矿业的发展也应该顺应时代的潮流，采矿主要是自地壳内和地表开采矿产资源的技术和科学，对生产和生活是非常重要的。采矿还包括煤和石油的开采。采矿工业是一种重要的原料工业，金属矿石是冶炼工业的主要原料。采矿主要是从需要进行采准、切割，为回采准备生产条件。并将矿石崩落破碎，装入运输容器。地下回采包括落矿、出矿作业（见地下采矿方法）；露天回采包括穿孔、爆破和采装作业(见露天采矿方法)，将装入运输容器的矿石运交选矿厂或矿仓（见矿井提升、矿井运输、露天矿运输）。管理巷道地压、立井地压、采场地压以及露天矿边坡。在矿石运输过程中，通过矿仓、堆栈，将矿石混匀，保证生产的矿石质量稳定。并将巷道掘进和剥离产出的废石排弃至废石场。由于矿床地质条件和矿山技术条件的不同，采矿方法种类繁多，不同的采矿方法，其采矿工艺流程、采矿机械设备、采区巷道布置和开采顺序也不同。采矿方法选择不当，将长期影响矿山生产的技术指标和经济效益。各主要生产过程都须选用适宜的机械设备，才能获得最佳经济效果。
二、采矿环境再造的开采顺序时变优化
1.开采模拟。合理的开采规划通常由经济和安全2个因素决定。实际上，各中段回采并未完全实现连续回采，各个采场之间仍存在较多矿柱和未采矿段，但为了更方便地进行数值模拟，不细分上部矿体各采场，而对已开采的矿体部分进行简化处理，模拟上部矿体完全回采后的工况。虽然实际情况是进路开挖，分层回采，但是由于模拟主要是分析开采现状下的地应力分布规律，作为后续回采计算的共同基础，因此可简化开挖步骤，以中段或盘区进行开挖充填。深部矿体均出现一定程度的应力集中，靠近已采区域矿体处于开采边界上，横置应力拱根部压应力较大，而更深部矿体在应力拱根部范围之外，应力集中较小，与此同时，下盘处于上部崩落采空区卸压范围内，从而出现了应力下降区。由于相邻两采场间仅充填矿柱间隔，因此，该应力迭加现象明显，造成两采场间矿柱的最大主应力远远高于采场外侧围岩的最大主应力，并且在矿柱顶部和底部围岩中出现拉应力，使两采场外围岩的拉应力区连成一体。
2.采矿方法选择并不只是从现有的方法中选出一种较好的方法。有时也须要结合矿床地质条件和要求，创造性地应用现有采矿方法的工艺与结构知识，提出更为符合要求的新采矿方法。采矿的方法主要有：一是普通机械化开采。绝大部分矿床用普通机械化方法开采。机械化开采又分为露天开采（包括矿石和砂矿）和地下开采两大类。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆露天开采将矿体上覆的岩层剥离，然后自上而下顺次开采矿体。露天矿敞露地表，可以使用大型采矿机械，作业较安全，矿石损失少，贫化率低，生产能力大，采矿成本低，大型贫铁矿床和建筑材料矿床多用此法。当矿体赋存深度大，矿体厚度小，剥离工作量很大，其经济效益低于地下开采或需要保护地表和景观时，则用地下开采方法。赋存条件复杂，工业储量较小的有色和稀有金属矿床多用此法。近年来，地下矿山应用尾砂胶结充填采矿法，可有效地保护地表和处理尾矿污染。在一些国家大量发展露天开采后，随着开采深度增大和环境保护要求提高，地下开采有增加的趋势。二是特殊采矿法。特殊采矿法包括地下物理化学采矿和海洋采矿。物理化学方法是浸取、溶解或熔融有用成分，将溶液或熔融体自地下举升至地面提取。这类方法投资省、见效快、工作条件好，只适用于铜、铀等某些金属矿物和盐、碱、自然硫等。滨海大陆架上和洋底蕴藏着大量有用矿藏，但洋底的锰结核尚处于试采阶段。整个特殊采矿法开采的矿产所占比例极小。三是空场法与填充法。主要是提高对矿床地质资料的准确性与完整性的要求，其特点是回采过程中，采空区主要靠暂留或永久残留的矿柱进行支撑，采空区始终是空着的。一般在矿石与围岩很稳固时采用。尤其是有关矿岩稳固性和坚固性方面的资料。有过由于资料不足，选择有误，造成大量矿石损失和长期不能达产，带来很大经济损失的例子。矿床地质条件比较复杂时，要求在基建时期完成采矿方法工业性实验，实验成功后才能最终选定采矿方法。要注意到由于方法不同影响所及的范围。空场法与充填法，比较项目中不仅包括矿房回采，也要包括矿柱回采，有时还要包括空区处理的项目。
3.关键技术优化。一是开采环境再造技术。采矿过程改变了矿体赋存的初始环境，打破了原有的应力平衡，引起岩体变形和破坏，为了保持采矿工程的稳定性，常常被动地采取各种措施加以支护。而环境再造则是通过构建人工采矿环境这一地压控制技术，减少对原有地压环境的扰动来维护采矿结构的稳定。依靠合理布局人工矿柱，优化回采顺序，提高充填体强度等方法，改善围岩的应力分布，营造安全的采矿环境。数值模拟结果显示，超前构筑的充填矿柱改善了采矿环境，在回采过程中支撑上盘围岩，这对维护整个盘区的稳定起了关键作用。二是深部矿体受上部开采的影响，出现明显的应力集中，采空区下的高地压是深部矿体应力集中突出的采矿环境。在采矿环境再造理论中指出可以通过一定的技术手段，改造矿体赋存的地质环境，从而改善矿床开采的技术条件，以满足安全高效采矿的需要。根据采矿环境再造的思想，可保留一定高度和宽度的矿体作为隔离带，使得深部矿体的采矿环境逐渐转变为稳固岩顶板和较低的地压环境。勘探线之间设置隔离层回采时深部矿体最大主应力沿走向呈现出明显的差异，崩落采空区下的深部矿岩的应力集中较小，但南北两侧直接暴露在充填体下的矿体应力集中明显，应力能导致岩体的拉破坏，岩体的抗拉强度远小于抗压强度，需严格控制拉应力。回采时步的拉应力分布规律不一致，这是由于在开挖过程中，拉应力往往出现在上下盘附近，其大小与开挖矿块的厚度、倾角以及已开挖部分的二次应力场等因素有关。
结束语
基于采矿环境再造的思想，充分考虑采空区下方高应力环境中回采的基本事实，针对隔离层下深部首采中段的回采顺序，最大主应力、拉应力和位移时变曲线进行综合比较研究，认为前进连续式开采更优。
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论文作者:杨茂青
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：矿体论文; 应力论文; 矿柱论文; 环境论文; 方法论文; 矿石论文; 矿床论文; 《基层建设》2018年第1期论文;