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PASTE·2017 Jian Deng Lakehead University, Canada 加拿大湖首大学 Professor 教授 Speaker/报告人: 充填采矿法中充填体的可靠性分析与设计 E-mail: jian.deng@lakeheadu.ca Jian Deng, Ph.D., P.Eng. Centre of Excellence for Sustainable Mining Exploration Lakehead University, Thunder Bay, Ontario, Canada 3 4 5 6 目录 研究动机 矿山地质与采矿方法 三维楔形模型 可靠性与分析 结论 7 充填采矿法介绍 8 充填采矿法是广泛性描述术语，它可与其他传统采矿方法结合应用，如深孔采矿法，或独立应用，如进路填充。 被列为地下采矿的主要方法 用废料回填采空区（充填） 9 充填采矿法适用的条件: 必须尽量减小地面扰动； 矿柱回收的价值具有经济可行性； 重视减少地表废物堆存… 充填法的独特功能： 作为地面塌陷控制措施：支撑围岩，保持采场稳定 提供工作底板或人工假顶； 填充空区; 废石和/或尾矿进行处置; 用作地表沉陷、矿石自燃及岩爆等控制手段。 10 深孔回采嗣后充填 一般适用于板状垂直或近似垂直的矿体 深孔以及大直径炮孔落矿 空场采矿法是最具成本效益和最有效率的地下采矿方法之一 在加拿大采矿作业中，空场法采矿量占总地下采矿量的60% 11 矿体足够宽； 采场长轴方向可以垂直于矿体走向布置； 典型的垂直走向深孔回采嗣后充填 (Darling , 2011) 12 矿体 矿体 二步骤采场 二步骤采场 已回填的 二步骤采场 已回填的 一步骤采场 正回采的 二步骤采场 已回填的 一步骤采场 正回采的 一步骤采场 矿体窄 采场长轴平行于矿体走向 典型的平行走向深孔后退式回采嗣后充填 (Darling , 2011) 13 胶结充填体 矿体 加拿大安大略省的一个空场采矿案例 Musselwhite矿是一个生产能力为4000t/d的地下金矿，位于雷湾北部500km处 (Doerner, 1997) 采用平行走向后退式和/或垂直走向空场法回采 嗣后废石充填处理空区 14 平行走向炮孔后退式空场法——采场与充填体相邻的回采(Doerner, 1997) 宽度4-12m，高度30m，直径10cm（4英寸）炮孔，遥控铲运机装矿、运矿，40t自卸卡车，浆状铵油炸药 15 凿岩台车 铲运机 矿体 退采方向 崩落矿石 充填体 大部分矿石运出采场后，采用卡车倾倒充填材料 底板类型不限：矿体、充填体或底（垫）矿柱 垂直走向空场回采—采场与充填体相邻的回采 (Doerner, 1997) CRF:废石胶结充填; URF:非胶结废石充填 宽度大于12m，高度25m或50m，充填跨度30m 16 矿体 铲运机 二步骤采场 废石充填 一步骤采场 废石胶结充填 空场 崩落矿石 一步骤采场 废石胶结充填 矿山地质与采矿方法 17 图3 充填法开采示意图 1-分段矿房A（回填中）；2-临时矿柱；3-分段矿房B；4-矿房底部结构；5-凿岩巷道矿柱；6-凿岩巷道；9-切割爆破孔；L1-分段矿房A长度；L2-分段矿房B长度；L3-矿体宽度；H—段高 18 上盘 花岗闪长岩 下盘 大理岩 铜矿体 矿山地质 19 围岩、矿岩及充填体的性质 性质 花岗闪长岩（上盘） 大理岩（下盘） 铜矿体 胶结尾砂 (充填体) 单轴抗压强度(MPa) 抗拉强度(MPa) 杨氏模量(MPa) 泊松比 黏聚力(MPa) 内摩擦角(°) 密度(KN/m3) 关键问题: 一步骤矿房回采的稳定性 充填体垮塌将造成装矿点矿堆内的矿石和充填体难以区分 矿石损失：将矿石错误的归类为充填废料，并运至废料堆 矿石贫化：充填材料错误的归类为矿石，并运至选矿厂 贫化率和回收率是关系到采矿作业可行性的关键因素 20 可靠性分析和充填体设计 为什么进行可靠性分析? 采矿工程中不确定性的来源 21 不确定性 偶然的 认知的 区域差异 随机测试 错误 测量程序 统计错误 (数据太少) 22 三个工程系统在载荷F下具有承载力R，平均安全系数近乎相同，但发生破坏的可能性差异较大。 (Phoon, 2008). 什么是可靠性分析? 23 传统分析 输入参数： 载荷 承载力 强度，单位重量 分析输出 安全系数 抗剪强度 安全因素 可靠性分析 输入参数： 载荷 承载力 强度，单位重量… 不确定性模型 分析输出 破坏的可靠性 可靠性指标 导致破坏的参数 设计准则 设计 抗剪强度 安全因素 密度函数 密度函数 基于可靠性的代码设计 结构工程 岩土工程 高速公路和运输工程 … 采用了基于可靠