深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性

深部开采过程中,矿井水温度显著高于浅部煤层,高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征,进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制,通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验,分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律,并结合相关性分析,定量描述了各个参数间的相关度。研究结果表明:热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响,内部孔隙结构发生显著变化,热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系,相关系数为0.97;随着热液温度的升高,煤体总孔隙度由0.24%增长至1.35%,微孔占比由69%以上降至60%以下,中孔、大孔占比增大;煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数,随着煤体孔隙宽度的线性增加,氧气扩散系数呈指数增加;受高温热液侵蚀作用影响,煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度,从原煤到80℃热液侵蚀煤体,其抗压强度均值由23 MPa降低至11.6 MPa,降低了50%;相较于原煤,热液侵蚀煤体的放热强度更高,放热量更大,TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了12.61%、16.63%、17.32%、19.36%和25.02%,热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0.92。高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程,随着热液温度升高,煤体孔隙度增大,力学强度减弱,氧化过程耗氧量及氧化速率加快,放热量增加。高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性,且热液温度越高,风险越大。

深部开采环境下底板隔水关键层深梁力学分析

【目的】随着矿井开采深度增加,来自高承压岩溶水威胁增大,导致煤层工作面出现涌水、突水等水害现象,分析深部开采环境下煤层底板隔水关键层抵抗水压力强度是解决这一现象的重要内容之一。【方法】为解决此问题,将隔水底板简化为岩梁模型,并运用深梁理论解决深部开采突水预测中的岩梁模型问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,根据深梁弯曲力学特点,结合前人研究成果,将深梁条分成浅梁,通过弹性力学单根浅梁受力分布形式假定层间挤压应力σy为三次函数,给出深梁弯曲应力求解的条分技术,并将计算结果与弹性力学解、FLAC3D模拟结果进行对比。【结果和结论】结果表明,深梁条分解得到的应力及位移与数值解结果趋势更为接近,计算结果更为精确,相对误差均在10%以内,同时,随着条分层数增加,精度也增加,但提高幅度逐渐降低,因此,工程应用中针对深部岩梁模型条分到一定程度即可;随着高跨比不断增加,精度误差也在增加,说明条分层宽度不宜过大,否则造成误差增加;底板隔水关键层实例表明,当隔水关键层高跨比大于0.2时,为典型的深梁问题,常规弹性力学的最大拉应力求解结果误差较大,相对误差达到40.6%,给正确判定关键层突水危险性带来不利影响,此时采用深梁条分法求解应力精度较高,可为深部煤层底板突水预测研究起到重要的指导作用。

巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷关系研究

陕蒙矿区是我国重要的煤矿开采基地,区域侏罗系煤层覆岩中普遍存在巨厚弱胶结覆岩,虽然覆岩岩性总体呈中硬偏软弱,但实测地表下沉相对较小,且伴随频繁的大能量事件发生,给工作面安全高效开采带来了较大安全隐患。为研究巨厚弱胶结覆岩深部开采大能量事件与地表沉陷的关系,对石拉乌素煤矿1203工作面与1208工作面进行了地表沉陷实测与矿震资料分析,获得了该地区地表移动变形规律和矿震数据,通过对比分析研究发现:巨厚弱胶结覆岩地表移动变形下沉分布集中,最大下沉处均位于工作面中部偏向已采工作面侧,整体地表下沉盆地形态及下沉增加过程与中东部相似,但在未达到充分采动时,西部巨厚弱胶结矿区地表下沉值相比中东部明显偏小;巨厚弱胶结矿区煤层回采过程中均存在微震事件的活跃期,该阶段微震事件的能量和次数较高,同时伴随着105 J≤E的大能量事件发生,105 J≤E的矿震事件虽然频次较低,但在能量释放上占据重要地位;弱胶结矿区地表沉陷与能量事件之间存在着关联性,随着工作面的推进,最大下沉值突变往往伴随着大能量事件的发生。

新质生产力引领深部金属矿山安全高效开采:以毛坪铅锌矿深部开采实践为例

金属矿深部开采将面临“三高一扰动”的复杂工程地质环境,势必造成高应力地压灾害、高压水害、高温热害等灾害风险显著提高,全面有效管控和处治工程灾害风险对深部金属矿山的安全高效开采至关重要,发展新质生产力是引领深部金属矿山安全高效开采的战略选择。为系统总结我国在发展深部金属矿山安全高效开采新质生产力方面的有益探索,以毛坪铅锌矿深部开采实践为例,重点介绍了深部金属矿山开采安全风险管控与处治技术的新进展,讨论了未来需重点关注的新质生产力发展方向和思考。研究创新了考虑地压灾害风险源头管控的矿体全生命周期整体开采规划方法,提出了进路式充填体顶板稳定性控制方法,形成了基于管道压力监测的充填管输优化技术;提出了动力灾害风险预评价、动力灾害风险识别与分析、动力灾害风险处治等系列方法与技术,形成了深部高应力强扰动动力灾害风险分级分区控制技术,初步实现了深部金属矿开采动力灾害风险的动态管控;开发了矿区涌突涌水预警系统,实现了突涌水趋势的精准预警和应急响应,提出了以精细刻画矿山水文地质结构、系统构建水害预测评价体系、综合防治水技术为主的深井水害综合防控关键技术;开发了矿山多源数据融合三维可视化管控系统,实现了多源数据融合共享与分析,辅助实现矿山生产过程的安全预警决策和工程设计优化。未来深部金属矿开采领域应全面提升深部灾害风险管控水平,充分发挥新质生产力的引领作用,助力实现深部金属矿山的本质安全高效开采。

陕蒙矿区深部开采导水裂隙带发育特征与高度预测方法

导水裂隙带发育高度是矿井防治水及安全开采的重要依据。由于陕蒙矿区地层沉积环境和沉积过程的特殊性,使得该区域导水裂隙发育高度与传统认识差别较大。考虑到目前围绕陕蒙矿区导水裂隙带发育高度计算方法缺失问题,以鄂尔多斯市营盘壕煤矿2217工作面为工程背景,采用UDEC模拟研究了不同开采进度下导水裂隙带发育规律及演化特征,分析了大能量事件与导水裂隙带发育的关联关系,进而基于GA-SVR算法,建立了区域导水裂隙带发育高度精准预测方法。结果表明:直罗组砂岩巨厚的特性使得其在覆岩运动中表现出坚硬岩层的特点,裂隙带在其下充分发育,稳定后也形成“马鞍形”;微震监测数据能精准反映区域导水裂隙带发育高度,预测相对误差仅为3.90%;建立的导水裂隙带高度预测模型的决定系数R^(2)为0.81,相对平均误差r为14.55%,预测精度显著优于经验公式(R^(2)<0,r=59.57%)。研究成果对于陕蒙矿区保水开采与安全生产设计及矿井水防治具有重要的实践意义。

金属矿深部开采岩爆灾害防控研究进展与工程实践

随着浅部金属矿产资源的日益枯竭,金属矿山深部开采势在必行。开采进入深部后,高应力等复杂地质环境使得岩爆等灾害问题凸显,成为制约金属矿深部开采的主要问题之一。尽管岩爆灾害问题由来已久,但受其发生机制和监测手段的限制,始终未能得到有效解决。首先,通过文献调研,对岩爆评价体系和岩爆防控技术进行了系统的总结与归纳。结果表明,当前所提出的岩爆评价体系较多,能够对岩爆灾害的等级和倾向性进行较好地评价与预测。在岩爆防控技术体系方面,按照灾害处置时机和防护机制,可分为被动式防控技术和主动式防控技术两类。其次,基于开采方案优化和应力环境再造思想发展起来的整体规划理念,为金属矿深部开采岩爆灾害防控提供了新思路与新方法。最后,以三山岛金矿深部开采为背景,验证了整体规划理念下卸荷采矿方案在岩爆灾害防控上的优势与效果,为未来金属矿山深部开采岩爆灾害的超前干预与主动防控提供了有效借鉴。

黄金矿山深部开采井下热源分析

为量化黄金矿山深部开采过程中释放的热量,进而给出热害治理建议,分析了矿区原岩温度随深度的变化并对爆破、围岩、设备等热源散热量进行了计算。研究结果表明:矿区地温梯度约为1.7℃/100 m,进入-752 m中段生产时,原岩温度将达到34.3℃;深部开采过程中,夏季主要散热源为机械设备(电能)及空气压缩散热,分别占比38.18%及26.56%,冬季主要散热源为围岩散热及机械设备,分别占比38.74%及24.81%;深部开采通风量为67.9 m^(3)/s时,可保证深部开采过程中整体环境适宜性,当局部出现高温时,可以针对性采用加大通风进行降温。

地下金属矿山深部开采的主要问题及应对措施

本文探讨地下金属矿山深部开采的主要问题,并提出应对措施。依托实际案例,分析深部开采过程中存在的安全问题和资源利用问题,并通过数值分析找出问题形成的原因。矿山深部开采过程中存在诸多问题,如采空区结构参数不合理、地质构造发生改变等。针对这些问题,文中提出了前期科学分析地质条件、优化采矿技术工艺和及时填充采空区的应对措施。总之,地下金属矿山深部开采是一项复杂而艰巨的工程,需要综合考虑多种因素,采取科学的措施,才能确保安全、环保、高效地进行开采。

深部开采软岩巷道过断层围岩控制技术

深部开采软岩巷道过断层时普遍面临支护难度高、围岩控制效果不佳等问题。文章以某矿31303进风巷过F_(4)、F_(4-1)断层为工程背景,结合现场条件提出采用锚网索喷+围岩注浆+帮角和底板锚注为核心的围岩控制措施,现场应用表明,31303进风巷过断层期间围岩变形量较小,可满足后续使用需要。

煤矿深部开采中的地压控制与支护技术

本文研究煤矿深部开采中的地压控制与支护技术,对深部地压形成机理、特征与监测方法进行分析,揭示地压产生原因和特点,探讨地压控制原理及支护技术应用,展望煤矿深部开采技术发展趋势。

浅析智慧矿山建设及深部开采技术应用

从智慧矿山建设、金属矿山深部开采及金属矿山TBM应用三个方面探索了金属矿产资源紧缺问题解决方案:加速金属矿山智慧化建设进程,通过高效的管理机制,实现降本增效,同时实现金属矿山安全高质量可持续发展;推动金属矿山深部开采技术应用,扩大金属矿产资源开采范围,提高金属矿山开采效率;在金属矿山应用并持续改进TBM技术,为矿产资源开采提供装备支撑,为快速高效完成金属矿山基建工程提供可能。

巨厚弱胶结覆岩深部开采岩层运动规律及区域性控制研究

论文以东胜煤田营盘壕煤矿为研究对象,通过试验研究弱胶结砂岩的物理力学性能及微观结构结构特征,对比分析东西部深部矿区岩石力学性质、覆岩结构特征和地表移动变形规律的差异,明确导致巨厚弱胶结覆岩深部开采地表下沉偏小的影响因素。然后,利用力学分析、数值模拟和物理模拟手段研究巨厚弱胶结覆岩深部开采地表移动变形规律,上覆岩层运动与破坏特征,并提出巨厚弱胶结覆岩深部开采区域性岩层运动控制方法,具体成果如下。

江西某钨矿深部开采微震监测研究

江西某钨矿矿区深部区域大采采场周边围岩中巷道变形、冒顶片帮等地压问题显现明显,严重影响了矿山生产安全。本文简要介绍了矿区的开采历史,主要采矿方法及地压的显现方式,指出了矿山深部地压的危害性,论述了采用多通道微震监测技术的必要性及其系统的组成与特点。建立微震监测系统后,通过统计矿区每日产生的微震信号的幅值及次数,分析其变化规律,成功对巷道冒顶事件进行了预警;同时系统收集到老采空区的微震定位事件,表明老采空区的岩体结构并不稳定。实际情况表明,微震监测系统能够对矿山岩体的状态进行评估,对一定的岩体灾害进行预警,为矿山生产安全提供保障。

深部开采复合顶板巷道围岩支护技术研究

为研究深部开采复合顶板巷道围岩支护技术,以火烧铺矿260303轨道巷为工程背景,分析复合顶板巷道破坏原因,提出深部开采复合顶板巷道围岩支护技术方案。结果表明:通过优化断面形式联合锚索-长短锚杆耦合支护的多级围岩支护方案,可提高巷道断面承载强度及锚杆索的联合支护作用,现场监测顶板下沉量仅为48 mm,两帮移近量稳定为34 mm,表明围岩控制效果较好,能够保证工作面安全生产。

基于FLAC^(3D)的露天矿山深部开采边坡稳定性研究

为研究复杂地质条件露天矿山深部开采整体边坡稳定性问题,根据现场钻孔数据和地质调查,依次通过犀牛软件建立复杂三维地质体模型、griddle软件对模型进行网格划分、导入FLAC^(3D)三维数值分析软件进行计算,最终得到矿山露天边坡的应力大小(最大拉应力为0.3 MPa)、位移量(最大位移量13 cm)、塑性区分布、剪应变增量,最小安全系数值等结果。通过对三维软件计算结果的逐个分析,得出该露天矿山深部开采边坡的稳定情况,Ⅰ区边坡稳定性略差,Ⅲ区的边坡稳定性最差,Ⅳ、Ⅴ区边坡稳定性好,该结论为矿山深部开采边坡监测划分重点区域和矿山安全生产提供理论依据和技术保障。

邢东矿深部开采底板突水机理研究及水力压裂技术应用

为研究深部开采底板突水机理,以邢东矿2129工作面为背景,通过理论计算建立了底板岩层破坏深度与工作面基本顶悬顶长度之间的关系,提出了利用基本顶水力压裂技术减小顶板悬顶长度,控制底板出水的思路。利用UDEC模拟了不同压裂步距下的底板应力演化规律,说明压裂步距在40 m以下时底板控制效果最好。开展顶板水力压裂后,矿压观测结果表明2129工作面的周期来压步距明显降低,说明采用的技术手段是合理有效的。

深部开采复合顶板巷道围岩优化支护技术研究

针对深部开采复合顶板巷道围岩变形量大、支护难度高等问题,以山西A矿11205进风顺槽为研究对象,通过应用顶板离层监测技术及钻孔摄像探测仪,对原有支护方案下围岩控制效果不佳的情况进行了分析,发现了锚杆及锚索锚固区未在稳定岩层内,且锚固区均处于顶板离层量较大的区域,从而导致顶板下沉量变大。因此,提出了增加锚索长度,提高锚杆、锚索的支护密度及强度,以及使用高强度护表材料等方式优化围岩支护方案,现场监测表明,11205进风顺槽采用该优化支护方案后效果显著,可有效解决深部开采复合顶板巷道围岩变形严重的问题。

探讨露天矿深部开采边坡稳定性分析与治理

本研究以安家岭露天矿为例,探讨露天矿深部开采过程中边坡稳定性分析与治理措施。通过对矿区地质条件、开采历史和现状的详细调查,结合数值模拟技术,系统分析了边坡稳定性及其影响因素。研究采用有限元法和离散元法建立数值模型,对边坡的稳定性进行了评估,并提出了针对性的治理措施,包括排水系统设置、地质加固和监测预警系统的应用。通过对治理措施的实际效果进行评估,证明了所提方法的有效性。

深部开采动压巷道切顶护巷技术研究

针对采区轨道大巷在邻近的51301工作面采动影响下出现围岩变形量大、支护难度高等问题,结合现场情况提出综合采用切顶卸压+恒阻锚索补强方式控制采区轨道大巷围岩变形。具体在采区轨道大巷邻近的51301运输巷内布置切顶卸压钻孔,通过深孔爆破方式切断采面顶板与采区轨道大巷顶板间应力传递路径;恒阻锚索对采区轨道大巷顶板、两帮进行补强加固,并与原有支护体系相互配合,实现动压影响巷道围岩变形有效控制。现场应用后,轨道大巷围岩变形量大问题得以较好解决,巷道断面收敛量较小,表明现场采用的围岩支护技术取得较好应用成果。

某金属矿深部开采对井筒稳定性影响数值模拟分析

金属矿山向深部开采的过程中,竖井往往位于地表移动范围内,矿体围岩的移动变形已经成为影响竖井安全稳定的主要因素。针对国内某地下金属矿在深部开采过程中可能影响井筒稳定性的问题,通过建立全矿三维数值模型,对全生命周期内矿体开挖充填进行数值模拟,分析在逐步开采过程中竖井井筒的移动变形和应力发展过程。分析结果表明,当全部矿体开采充填后,井筒最大水平位移值为-13.01mm,最大沉降量为24.98mm,最大倾斜值为-0.046mm/m,最大主应力为12.8MPa,无应力集中区,井筒的移动变形结果均不超过规范允许值。因此,该矿深部开采对竖井井筒的稳定性影响在容许范围内,深部开采能够保证矿山生产安全,为矿山接续工程提供了有力的依据。