頂柱
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-07
頂柱的實例教程
[丘基卡馬塔銅礦由露天開采轉入地下開采; Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究]
下圖所示的是位于加拿大魁北克省Normetal鋅礦的采礦模型，該礦由露天開采轉為地下開采，因此需要設計露天頂柱的厚度。
(3) 海底采礦的頂柱。嚴格地來說，海底采礦的頂柱不是露天的，因為頂柱上面覆蓋的是海水，在此勉強把它歸進來一起說。目前，三山島金礦和龍口煤礦已經進入海底開采，在此暫不考慮這種情況，我們只討論陸地上的采礦運作。
3 影響頂柱厚度的因素
確定頂柱的最佳厚度至關重要，一方面要盡最大可能回收礦石，另一方面還得確保采礦安全。[地下采礦引起的地表沉降分析]當設計頂柱厚度時，需要考慮下面幾個關鍵因素:
(1) 礦體的幾何形狀，包括傾角和寬度；
(2) 頂柱最有可能的破壞形式；
(3) 上盤和下盤巖石最有可能的破壞形式；
(4) 地表徑流和礦坑底部地下水的聚集情況，露天礦在開采過程中地下水會匯集到坑內；
(5) 頂柱上面的機械設備和堆載物，借用橋梁設計的術語，這屬于偶然載荷；
(6) 巖體強度，包括頂柱和圍巖的承載力;
(7) 地下水，巖石強度的變異性以及巖體不連續對頂柱穩定性產生的影響；
(8) 露天爆破對頂柱完整性的影響。
4 頂柱設計方法
設計頂柱有三類方法：(1) 經驗方法, 例如[崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)]; (2) 極限平衡; (3) 數值模擬，例如FLAC3D和UDEC。我們將在以后詳細討論這些方法的應用及其各自的局限性。
展開 1 引言
采礦頂柱【露天頂柱(Surface Crown Pillar)的形式及其厚度影響因素；"雙子礦"露天開采轉為地下開采巖石力學方面的考慮】由位于礦井最上方的幾何形狀各異的巖體組成，用于永久或暫時地確保地層的穩定，包括地下水、土體和降水等，因此頂柱的穩定性分析和監測非常必要。
2 解析分析
除了使用現代數值模擬方法外，經典的基于彈性理論的解析解目前還在實踐中使用。主要的分析方法有:
(1) 剛性板分析(Rigid Plate analysis)，破壞模式為剪切破壞；
(2) 彈性板分析(Elastic Plate analysis), 破壞模式為剪切破壞和彈性彎曲；
(3) 砌體梁分析(Voussoir Plate analysis)，破壞模式為剪切破壞、拱形折斷以及局部擠壓破壞。
巖體強度破壞準則使用Mohr-Coulomb和Hoek-Brown，可以進行確定性分析，也可以進行概率分析，最終可以確定出頂柱的安全系數。
3 經驗分析
經驗分析法主要使用的是比例跨度法(scaled span empirical approach)，這種經驗分析方法由Golder Associates的Carter(1992, 2008, 2014)提出，最初是為極傾斜礦體而開發的, 這種方法使用了Q-System進行巖體質量評價，參考文獻中的大部分案例研究基于加拿大的采礦項目，少部分案例基于智利和澳大利亞的采礦項目。
4 參考文獻
[1] Carter, T. G. (1992) A new approach to surface crown pillar design.
展開 2 UJRM數據集
目前, Ubiquitous Joint Rock Mass Modelling數據集與下面4個數據集密切相關:
(1) Caving Behaviour (崩落行為)
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)
丘基卡馬塔(Chuquicamata)銅礦由露天開采轉入地下開采
(2) Palabora mine (帕拉博拉礦)
采礦引起地表沉降的影響因素(Factors Influencing Surface Subsidence)
地下采礦引起的地表沉降分析
露天頂柱(Surface Crown Pillar)的形式及其厚度影響因素
(3) Strength anisotropy (強度各向異性)
[1] Mas Ivars, et al. (2008) Anisotropy and scale dependency in jointed rock-mass strength-A synthetic rock mass study.
[2] Assessing rock mass UCS anisotropy using a coupled DFN-DEM approach at a surface mining project in Artic Canada
[3] Of particular interest is the ability to obtain predictions of rock mass scale effects, anisotropy and brittleness;
[4] Lee, K. M. and R. K. Rowe (1989).
展開 一類方法是通過解析或數值模擬技術分析空場圍巖的應力和應變, 例如FLAC3D, 3DEC, RS3等, 很多年前, 我們使用位移不連續方法---一種間接邊界元法分析過一個銅礦空場的穩定性, 以此確定合適的礦房,間柱以及頂柱和底柱尺寸, 最大化地取出礦體; 另一類方法是基于經驗的空場設計方法, 簡稱穩定性圖法(Modified Stability Graph Method), 這種方法起源于加拿大, 在加拿大和澳大利亞的地下金屬礦山中廣為使用. 這個筆記簡要回顧了穩定性圖法的歷史.
2 歷史背景
加拿大的地下金屬礦山至少有50%都采用空場采礦法進行開采, 因此積累了大量的實測數據. 1980年, Golder Associates溫哥華分公司的Mathews和他的幾位同事為CANMET寫了一份研究報告<Mathews, K. E., Hoek, E., Wyllie, D. C. and Stewart, S. B. V. (1980). Prediction of stable excavation spans for mining at depths below 1,000 metres in hard rock. Golder Associates report to CANMET. Department of Energy and Resources: Ottawa.>, 提出了基于經驗的空場設計方法, 后稱Mathews穩定方法.
3 重要改進
Potvin(1988)在UBC完成他的博士論文時, 對Mathews的穩定方法作了改進. <Potvin, Y. 1988. Empirical open stope design in Canada. Ph.D. thesis, Dept.
展開 由于模型首先要施加螺栓預緊力，所以該模型必須要在施加預緊力之前檢查好邊界條件，邊界條件除了在柱頂柱底，梁端施加邊界條件外，還在核心區周邊設置了邊界條件。另外我認為該模型的難點第一就是精確建模，然后就是網格劃分，第二就是相互作用的設置以及荷載的設置。最后就是滯回曲線。總之，模型復雜程度不是簡單幾句話可以陳述完畢，同學們可以購買模型只有細細研究。附件中包含了該節點的cae模型和鋼管混凝土塑性應力應變計算小軟件。歡迎交流。
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</strong>為了降低出模過程中的拉裂和變形風險，團隊在模具結構中引入了<span style="color: rgb(212, 20, 20);">定模預抽結構，并在抽芯位置增加頂柱。</span>這一設計基于現場成熟經驗移植到本次方案中，用來<u>控制產品邊框和平面關鍵區域的尺寸穩定性。
1 引言
采礦頂柱【露天頂柱(Surface Crown Pillar)的形式及其厚度影響因素；"雙子礦"露天開采轉為地下開采巖石力學方面的考慮】由位于礦井最上方的幾何形狀各異的巖體組成，用于永久或暫時地確保地層的穩定，包括地下水、土體和降水等，因此頂柱的穩定性分析和監測非常必要。
同時，在管道上方彎頭處增加頂柱，以防止安全閥出口排放管脫開事件的發生。
二是將9號機高加安全閥出口管，由原向上直排整改為90度彎頭平視排放，管口朝向空曠區域。同時，在排放管道上方彎頭處增設拉筋支撐，以避免排汽所產生的后推力，將安全閥進口彎管頂變形事件的發生。
Caving Behaviour (崩落行為)
崩落采礦誘發地表沉降預測的經驗方法(Caving Angle)
丘基卡馬塔(Chuquicamata)銅礦由露天開采轉入地下開采
(2) Palabora mine (帕拉博拉礦)
采礦引起地表沉降的影響因素(Factors Influencing Surface Subsidence)
地下采礦引起的地表沉降分析
露天頂柱
頂柱一方面用來保護地表不產生大的沉降，另一方面保護地下礦井，特別是防止地表水沿著節理裂隙流入礦井內，水-力的耦合作用可能會導致頂柱失效。因此頂柱的設計除了需要考慮礦區巖石的物理力學性質以及近地表風化帶的破碎程度外，在地表水豐富的地區也需要考慮水流的作用。
總的來說，頂柱有以下幾種形式：
(1) 直接位于地表下的頂柱。大多數地下礦井直接建在地表以下，因此需要保留足夠厚度的頂柱。
一類方法是通過解析或數值模擬技術分析空場圍巖的應力和應變, 例如FLAC3D, 3DEC, RS3等, 很多年前, 我們使用位移不連續方法---一種間接邊界元法分析過一個銅礦空場的穩定性, 以此確定合適的礦房,間柱以及頂柱和底柱尺寸, 最大化地取出礦體; 另一類方法是基于經驗的空場設計方法, 簡稱穩定性圖法(Modified Stability Graph Method), 這種方法起源于加拿大,
由于模型首先要施加螺栓預緊力，所以該模型必須要在施加預緊力之前檢查好邊界條件，邊界條件除了在柱頂柱底，梁端施加邊界條件外，還在核心區周邊設置了邊界條件。另外我認為該模型的難點第一就是精確建模，然后就是網格劃分，第二就是相互作用的設置以及荷載的設置。最后就是滯回曲線。總之，模型復雜程度不是簡單幾句話可以陳述完畢，同學們可以購買模型只有細細研究。
