复杂应力条件下不同断面尺寸巷道变形破坏规律

以三山岛金矿深部开采为研究背景,在现场实测基础上,利用FLAC3D数值分析软件对千米深部不同尺寸断面巷道进行数值模拟,旨在研究复杂应力条件下不同断面尺寸巷道围岩的应力和变形的变化特征。研究结果表明:随着巷道断面尺寸的增大,应力不断向围岩深部集中,巷道周边的最大主应力和最小主应力总体呈增长趋势,最大主应力的变化趋势大于最小主应力;在不同断面尺寸巷道中,垂直主应力分布均在巷道两帮出现集中,而水平主应力分布均在巷道顶板处出现集中;此外,巷道尺寸大小对深部巷道围岩变形影响显著,随着巷道断面尺寸的增大,巷道围岩变形量呈增大趋势。

缓倾斜中厚煤层首采面矿压显现规律研究

根据孙疃煤矿10煤层的实际赋存情况,利用岩梁结构理论对煤层顶板的运移规律进行了理论分析,并利用现场的矿压观测数据,对理论分析结果进行检验,理论计算和现场观测结果基本相符,表明理论计算可以为指导工作面安全生产提供科学依据。

三山岛高应力腐蚀环境裂隙围岩支护技术与控制研究

针对三山岛金矿深部开采面临的高应力腐蚀环境下围岩稳定性问题,分析了当前支护下管缝式锚杆锚固力腐蚀退化过程,提出了深部高应力腐蚀环境围岩控制的树脂锚杆支护方案,综合采用工程类比、经验公式和理论计算3种方法确定了树脂锚杆支护参数。同时,采用FLAC^(3D)数值模拟方法,分析了管缝式锚杆支护、树脂锚杆支护和锚网穿带(树脂锚杆+锚网+穿带)支护3种形式下的围岩应力与变形特征。结果表明:锚网穿带支护下的围岩变形控制效果最优,树脂锚杆支护次之,管缝式锚杆最差。此外,在深部-1005 m水平腐蚀环境下采用锚网穿带进行支护试验,并对围岩应力、变形、支护状况进行监测,监测点1~3在监测周期内巷道最终水平收敛平均值为23 mm左右,巷道顶板平均下移量为25 mm。通过监测结果可知,该支护方案对巷道围岩的稳定性起到了预期的岩层控制效果。

三山岛金矿地表微地震系统监测竖井爆破定位方法研究

针对滨海深部地质条件下采动灾害隐患突出现状,开展了滨海深部工程微地震监测研究。在三山岛金矿建立地表微地震监测系统,实现对矿山微地震活动的实时不间断监测。利用地质勘察孔的测井数据建立区域地层波速模型,通过应用预警空间搜索定位法,提前给出各个监测点的预警空间,确定好搜索网格模型。分析了竖井爆破信号的定位结果,预警空间搜索定位法既保证了震源定位精度,又提高了计算效率,特别是随着矿山监测区域的扩大和监测点数量的增加,预警空间搜索定位法准确、高效的特点将会更加突出。研究结果表明,地表微地震系统能够满足矿山监测要求,并能保证监测数据的时效性和可靠性,可以为类似矿山的微地震系统建设提供参考。

三山岛金矿西岭矿区地质岩芯RQD三维可视化建模方法

采用地质岩芯RQD智能识别方法对三山岛金矿西岭矿区118条地质钻孔岩芯RQD进行识别,得到矿区范围内地质钻孔岩芯RQD数据库;对钻孔岩芯RQD块段长度分析并建立组合样品,统计所有钻孔RQD数据变异性。运用地质统计学方法对钻孔岩芯RQD分析并建立RQD数据半变异函数,得到块金值0.8、基台值0.58、变程80 m的球状模型。采用普通克里金插值法,设置搜索参数对块体模型赋值。块体模型内块体超310万,RQD最小估值为3.7,RQD最大估值99.0,均值45.1,标准差11.5,交叉验证显示原样RQD数值与克里金插值法估值结果相差很小,据此建立西岭矿区RQD块体模型,实现西岭矿区RQD岩体质量分布的三维可视化,用于矿山岩体质量评价,为分析采场及巷道围岩稳定性、合理选择采场及巷道的支护形式及其参数提供基础数据。

千米深井高应力破碎围岩控制技术

针对千米深井高应力破碎围岩控制难题,以三山岛金矿大埋深巷道为工程背景,通过现场工程地质调查,获取围岩结构面信息,并结合室内岩石力学试验,进行岩体质量分级和岩体参数估算;基于RMR和Q支护图表,确定采用“喷射混凝土+锚杆+钢筋网+双筋条”方法对研究区域进行支护;应用RS2和Unwedge软件分析巷道支护前后围岩塑性区、位移和潜在楔形体安全系数的变化特征。结果表明:巷道支护后,围岩塑性区和位移显著减小,潜在楔形体安全系数明显增大,提出的支护方案能够确保巷道稳定。由此可知,经验法与数值模拟法相结合的综合研究方法可以准确地分析巷道稳定性情况,并确定更可靠的支护方案,为矿山安全生产提供可靠保障。

CT技术在底板破坏规律探测中的应用

为研究煤层回采过程中底板在采动影响下的破坏情况,应用直流电阻CT技术进行现场实测。通过对煤层不同回采时期底板岩层钻孔间电阻率CT切片图的对比,判断底板在采动影响下的破坏情况。

下向扇形中深孔爆破在三山岛金矿的应用

三山岛金矿-645m水平无人采矿试验区采用分段空场嗣后充填采矿法进行开采。因矿体紧靠F1主裂面且靠近主裂面岩石较为破碎,故选用施工精度高、装药方便、采矿效率高和安全性好的下向扇形中深孔凿岩爆破技术进行回采作业,以保证生产安全高效进行。阐述了下向扇形中深孔爆破设计流程,以期为类似的矿山采矿爆破设计提供一定的参考。

采动条件下围岩破裂区域的微震监测研究

为了解回采过程中岩体的破裂情况、主要破裂区域的分布情况,利用微震监测系统对现场的岩石破裂事件进行实测,通过对破裂事件统计分析,将应力释放的时间和应力积聚的时间分为平稳期、活跃期、平静期和二次活跃期4个阶段,反映了能量积聚→能量释放→能量二次积聚→能量转移释放的动态循环过程。微震监测系统的应用明确了现场施工中安全工作需要重点关注的区域,为现场围岩维护提供了有效的依据。

深部硬岩条件下水胀式锚杆锚固性能研究

深部围岩控制是深部开采研究领域的热点和难点问题之一。考虑到水胀式锚杆具有安装便捷、安装速度快、对爆破振动不敏感及抗岩爆等特点,探索将水胀式锚杆应用于深部巷道支护领域。应用理论分析硬岩条件下水胀式锚杆接触力特征。在三山岛金矿西山矿区-945 m水平进行工业性试验,通过拉拔试验和杆体内水压监测研究水胀式锚杆锚固性能。研究发现硬岩条件下水胀式锚杆的拉拔力普遍高于管缝式锚杆,水胀式锚杆拉拔力的平均值为100.10 k N;水胀式锚杆杆体内水压较为稳定,说明水胀式锚杆在硬岩条件下工作性能稳定且可靠,同时杆体内水压升高可为采动应力变化的监测提供一定程度的参考。

RMR法评分体系细化及工程应用

根据RMR岩体分级法中RQD值、单轴抗压强度、节理间距3个指标的取值和对应的评分值在形式上的相似性,给出了3个指标评分的统一关系式,对原评分体系进行细化,并将细化后的关系式应用于钻孔岩芯的分级评价。3个指标的细化关系式是对原评分体系的一种扩展,为使用RMR岩体分级法的工程技术人员提供参考。

脉内联络巷在盘区式采场回采中的应用

三山岛金矿较大矿体主要用房柱交替式盘区上向分层充填采矿法回采,每个采场布置一条采场联络道,增加了采矿成本。为减少采场联络道的掘进和压顶工程量,采用在采场下盘布置一条沿矿体走向的脉内联络巷的方式回采,可以减少采场联络道数量,缩短采准工程的施工时间。通过对同一矿块应用2种采准方式对比,优化后的采场联络道的掘进量和压顶量分别减少15 509.52 m3和16 682.42 m3,分段巷、分段联络巷和泄水井的工程量共减少2 966.82 m3,由于矿体分布不规则,下盘脉内巷道增加废石掘进量8 925.72 m3。整个采场的采准工程量可节约26 233.04 m3,节省了大量掘进成本,经济效益和社会效益显著。

中深孔分段落矿嗣后充填采矿实践

为提高三山岛金矿-600m以下中厚矿体采矿强度,采用上向中深孔分段落矿嗣后充填采矿法进行开采。首先,在采场上盘和顶柱下方分别施工支护巷道,进行长锚索预支护,有效保证了上盘围岩及采场顶柱的稳固性;其次,在分段采场开采分次爆破过程中,通过上分段上盘支护巷道进入采场,随后进行顶板处理,保证了采场顶板安全;最后,分段采场回采完毕,立即进行充填,缩短了采空区暴露时间,减少了围岩移动。实践证明,该采矿方法具有生产能力大、安全高效及采矿成本低的优点,满足了矿山生产规模扩张的需要,创造了巨大的经济效益和社会效益。

中厚煤层综采首采工作面矿压显现规律

通过对孙疃矿10煤层首采1028工作面开采过程中工作面、运输巷及回风巷的矿压观测,分析了首采工作面煤层的矿压显现特征、顶板运移规律、液压支架的性能和对该煤层顶底板的适应性及控制效果,并利用工作面的现场观测数据,对初次来压和周期来压期间支架载荷特征、工作面顺槽超前支承压力分布规律等进行了分析,为后期开采合理地安排回采工序、选择采煤参数、支护方式和顶板管理方法提供科学依据。

单层交替盘区采矿法在采场联络道优化中的应用

针对多层交替上升盘区采矿法回采过程中采场联络道掘进工程量和压顶量相对较大、采矿成本相对较高等问题,提出单层房柱交替式盘区上向分层充填采矿法,通过沿矿体走向在采场下盘布置一条脉内联络巷联系各条房柱交替的采场,减少了采场联络道的条数和其他相关工程,每个盘区可节约工程量近3万m^3,既降低了采矿成本,又缩短了采准工期,提高了采矿效益。