多种勘察方法在复杂山区煤矿采空区岩土工程勘察中的应用

为了在复杂山区煤矿采空区岩土工程勘察中得到更好的勘察效果,采用测氡法、高密度电阻率法、瞬变电磁法、微动探测4种勘察方法共同对研究区域开展勘察。测氡法根据采空区周围应力变化获得勘察结果;高密度电阻率法专门针对地形较为复杂的环境开展勘察工作;瞬变电磁法能够勘察出研究区域中不同深度位置的地电特征,获得工程勘察结果;微动探测勘察方法能够获得工程结构勘察结果。勘察结果表明,氡气值较高、高密度电阻率和瞬变电磁电阻值较高的区域均为复杂山区煤矿采空区,使用微动探测勘察方法的误差较小,能够获得准确的勘察结果,勘察效果总体较好,能够勘察出煤矿采空区。

洛坝铅锌矿复杂隐蔽采空区低成本充填治理方案研究

铅锌矿多年来一直沿用空场法开采产生了规模庞大的采空区群,极易诱发大规模地压灾害、引起地表沉降和塌陷。通过深入的采空区分布现状调查,提出了针对性的复杂隐蔽采空区低成本充填治理方案,包括充填系统方案、充填体强度指标、充填配比参数、充填动力方式、充填通道布设方案、充填挡墙构筑、采空区接顶等,为国内复杂隐蔽采空区低成本充填治理提供了典型解决方案和有益借鉴。

复杂条件下沿空留巷通防技术研究与实践

为了防止高埋深极复杂条件下采煤工作面的沿空留巷及采空区的自然发火,根据煤矿常采用的密排单体、膏水充填等留巷支护方式及效果,邢台矿在25303工作面采用沿空留巷预裂切顶卸压技术,基于该采区高埋深、地质条件复杂、瓦斯涌出量偏高等特点,采用了优化巷道布置、监测监控、采空区喷涂堵漏、注氮(浆)管路预埋、阻化剂喷洒等综合性措施。结果表明,采取的通风防灭火措施有效降低了采空区自然发火安全风险,留巷成型率增加,为沿空留巷采空区瓦斯、火灾防治提供了便利条件。

浅谈煤矿采空区钻探施工中的常见问题及预防措施

煤矿资源在社会发展中发挥了巨大的作用,随着煤矿资源的开采及新型能源的投入使用,老旧的煤矿开采措施留下了大片采空区,造成了很大的地质问题,并严重影响了地表上新建建筑物的安全,为了保证采空区上建筑物的安全,必须对采空区进行处理。本文结合工程实例,阐述采空区钻孔注浆法治理过程中出现的问题及预防处理处理措施。

某矿山三维激光扫描测量系统高效应用方法研究

以某矿山作为试验场地,为了解决采空区的超爆、欠爆的情况,使用矿用三维激光扫描仪对各中段采空区进行现场扫描,并开展复杂地下采矿空间点云数据预处理和多站拼接应用技术研究,同时开展基于块体分割的地下采矿空间高精度报量方法和基于三维激光扫描技术的二步骤回采优化技术研究。整套系统与现场采矿工艺结合紧密,能够有效解决采空区形态获取、爆破效果分析、爆破设计优化、超挖量计算、残矿量计算等方面的问题,为第二步骤、第三步骤回采爆破设计优化提供依据。

地下转露天矿山复杂采空区探测工程实践

在地下转露天矿山开采过程中,露天境界内存在的各种复杂采空区对矿山的安全生产造成严重的威胁。通过现场勘察和文献资料分析总结了各种复杂采空区的组成,并按照其成因、形态等特征因素对其进行合理分类,归纳出规划开采形成的采空区、古代开采和非法盗采形成的采空区、充填不充分或充填体沉降形成的采空区以及二次垮塌形成的采空区4种类型。同时结合工程现场实例介绍了利用GPR法对地下转露天开采矿山境界内典型的浅地表复杂采空区进行探测的原理和技术方法,包括现场数据采集、后期数据一体化实时处理和资料可视化解译分析。结果表明,利用GPR法探测地下转露天开采过程中赋存的复杂采空区方便快捷且探测效果明显,值得在相关领域应用推广。

南梁煤矿近距煤层采空区下开采工作面矿压规律研究

上煤层覆岩结构失稳特征是影响下煤层开采工作面矿压显现的主要因素。针对南梁煤矿30103工作面浅埋近距离煤层采空区下开采条件,采用相似模拟实验及理论分析对覆岩垮落特征和支架阻力进行了模拟研究。结果表明:采空区下开采,基本顶初次来压步距45 m,周期来压步距6~16 m,支架工作阻均小于8500 kN;走向煤柱下开采,基本顶初次来压步距50 m,周期来压步距10~14 m,支架工作阻均小于9000 kN。工作面在集中煤柱下25 m和出煤柱7 m处,上覆岩层发生滑落失稳,对工作面形成明显的动载冲击,支架阻力超过额定阻力,最大值达13158 kN。集中煤柱弱化后,释放了煤柱集中应力,使得来压时上覆岩层形成相互协调破坏,避免了基本顶滑落失稳形成的载荷瞬态释放,支架阻力仅达到8743 kN。采空区下开采顶板动压防控的优先次序为集中煤柱>走向煤柱>采空区。

地下多层复杂空区处理的工程实践

介绍了洛阳栾川钼业集团股份有限公司三道庄矿区多层复合空区的赋存形态、空区处理方案以及采用切割深孔区域整体崩落法一次爆破同时处理多层空区时的工程实践;切割深孔区域整体崩落法处理地下多层复杂空区的孔位布置、施工、装药、爆破及网路、施工安全管理等,对国内外同类型矿山资源的安全、合理的开发利用具有重要参考意义。

深部复杂环境下采空区激光扫描异常点云数据修正

分析了激光扫描轨迹曲线的拓扑关系；研究了深部复杂环境下采空区激光探测结果中异常点：“坏点”和“噪声点”产生的环境因素．针对XYZ格式数据，基于四点插入法提出了坏点修正方法；基于二阶几何连续性提出了弦夹角和弦高比的噪声点过滤复合判据，利用阈值选择方法，过滤噪声点．工程验证表明：修正后空区内部形态、顶板边界更准确，体积修正约20～70m^3，顶板高度提高1～2m左右，为空区安全预警提供依据．该算法逻辑简单、计算量小．为深部复杂环境下采空区三维边界信息精确获取提供了一种新方法．

基于BP神经网络的采空区激光探测环境误差修正

为了研究地下金属矿山高温?高湿?多尘复杂环境对采空区三维激光探测精度的影响,研发采空区复杂环境模拟装置,设计64组正交试验方案,分析温度、相对湿度和粉尘质量浓度对探测误差的影响并进行修正。为进一步量化探测误差,建立BP神经网络预测模型,并应用于某铅锌矿采空区的探测中。研究结果表明:随相对湿度升高,点云平均误差比呈“S”型曲线增长,当相对湿度介于75.0%~85.0%时,增长速率明显加快;随粉尘质量浓度增大,点云平均误差比以40 mg/m3和100 mg/m3为节点呈三段式线性增长,当粉尘质量浓度介于40~100 mg/m3时,增长速率最快,当粉尘质量浓度大于100 mg/m3时,增长速率次之,当粉尘质量浓度小于40 mg/m3时,增长速率最低;温度对点云平均误差比影响较小。模型预测值与实测值的平均相对误差为1.80%,校正决定系数为0.993;修正后的采空区边界标高、体积和顶板暴露面积等参数更加符合实际情况。

高湿多尘采空区三维激光探测数据误差分析与修正

针对地下金属矿山高湿、多尘复杂环境导致采空区三维激光探测结果失真的问题,研制了采空区复杂环境模拟装置,进行了64组不同相对湿度、粉尘质量浓度条件下的点云数据误差分析与修正实验.结果表明,随相对湿度和粉尘质量浓度增大,点云平均误差比均呈“S”型趋势增大;当粉尘质量浓度介于30. 0~85. 0 mg/m^3、相对湿度介于76. 0%~85. 0%时,点云平均误差比呈幂指数增长;适合采空区三维激光探测的粉尘质量浓度为0~5. 6 mg/m^3,相对湿度为0~49. 0%.同时,提出了高湿、多尘探测环境下的点云数据误差修正公式,并应用于福建某金矿复杂采空区的精准探测工程中,修正后的采空区边界信息更加符合实际情况.

防治采空区深部煤自燃的胶体隔离控制技术

为了降低开采过程中煤自燃带来的次生灾害,针对采空区深部煤自燃的特点,应用危险源隔离控制原理,提出了对采空区深部煤自燃进行胶体隔离的控制技术,主要研究了胶体材料的灭火机理、胶体性能特点以及胶体隔离技术的施工工艺,最后将该技术应用于柴家沟矿ZF42105工作面和孟巴矿1110工作面的火区治理中,结果显示启封后工作面上隅角CO体积分数均低于2.4×10-5,说明胶体隔离技术能够有效降低采空区的漏风量,阻止采空区高温点向工作面方向发展,保证工作面的生产不受采空区深部煤自燃的威胁。

脉钨矿床复杂空区下开采地压控制研究

通过对某钨矿复杂空区下采区地压活动的研究,探讨了矿区地压活动特征与规律,提出并实施了切合矿山实际的地压控制措施,取得了良好的经济和社会效益。

厚复合层顶板沿空掘巷支护研究

以铜川矿区复合顶板条件为例,基于沿空掘巷围岩大、小结构的稳定性原理,结合覆岩破断的弧形三角块模型,根据理论分析初步确定了沿空掘巷小煤柱留宽方案;进而采用锚杆组合梁加固理论与锚索悬吊补强理论进行支护断面的初步设计。采用FLAC3D模拟软件对各方案分别进行了掘巷阶段与采动影响阶段的支护效果考察,最终确定小煤柱留宽5 m,巷道支护采用左旋无纵筋高强度螺纹钢锚杆,排距800 mm。沿空掘巷与采动影响阶段的支护效果表明,采用该支护方案巷道围岩应力分布合理,锚杆支护系统适应性良好。

采空区影响条件下巷道围岩应力监测与研究

金属矿采空区多以矿房-矿柱组合的复杂采空群体系构成,这种复杂的空区群结构是一种复合应力拱的承载结构,复合应力拱的成拱机制形成了采场上方覆岩发生拉压破坏模式,进而导致围岩塌陷及巷道破坏;为了监测采空区影响下巷道围岩复合应力变化,提出在巷道内利用锚杆应力计监测围岩复合压力拱应力变化方法,锚杆采用端部锚固结构,埋入深度超过围岩冒落带并施加预应力;根据监测数据分析围岩应力变化可分为递变式、突跳式、振荡式和复合式变化四种变化模式,利用多元回归及突变模型建立围岩应力变化的数学模型,以历史数据为基础,建立以围岩应力极限值、应力变化速率及突变模型势函数临界值为判据的围岩稳定性分析数学模型。

坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷爆破技术

为在坚硬软弱复合顶板切顶卸压沿空留巷时取得较好预裂爆破效果,通过现场试验和分析,采用合理的双向聚能张拉爆破技术,对巷道顶煤强度较小、直接顶较软弱、基本顶坚硬的复合顶板进行了有效的预裂爆破。结果表明:对于软弱岩层,爆破能量易沿孔壁原生裂隙发生冲楔作用,聚能效果较差,深12 m的炮孔内裂缝长度只有1.2 m,并且孔口易出现爆破漏斗,对巷道原有支护造成破坏;对于坚硬岩层,随着装药线密度增大,聚能方向裂缝率逐渐增大,当单个炮孔装药量为7卷、药卷长度和空气柱长度的比值为3.348、填塞位置位于坚硬岩层时,普氏系数为12的中砂岩段炮孔内沿预裂方向全部产生张拉裂缝,裂缝长度达5 m,裂缝率达100%。因此,对于坚硬软弱复合复合顶板,使坚硬岩层沿预裂方向产生有效的裂缝,软弱岩层自行垮落,能够取得满意的预裂效果。

采空区瓦斯抽采高位钻孔施工技术及发展趋势

为了解决采用专用巷道和埋管法抽采工作面采空区瓦斯存在的施工成本高、效率低等问题,基于顶板高位钻孔抽采采空区和上隅角瓦斯抽采技术原理,提出由预抽钻孔和高位钻孔构建的煤与瓦斯共采体系,分析了现有回转钻进技术和滑动定向钻进技术施工高位钻孔的优点和不足,介绍了最新开发的复合定向及大直径回转扩孔钻进技术方法与试验应用情况,高位定向钻孔成孔深度达到1 026 m,成孔直径达到153 mm;同时针对当前高位定向钻孔存在的一次成孔直径小、二次回转扩孔速度慢、裸孔完孔易堵塞瓦斯抽采通道等问题,提出大直径一次成孔技术、复合扩孔钻进技术和筛管完孔技术的发展趋势,以进一步提高高位定向钻孔的一次成孔直径、钻进效率、钻孔深度和钻孔利用时间,降低施工风险,提高高位钻孔经济性和瓦斯抽采效果。

复杂采空区地铁地基方案确定关键问题研究

本文在查明采空区的坍塌历史、回填情况及加固处理程度的基础上,采用理论分析和数值模拟等方法,对深宽复杂采空区的塌陷发展趋势进行了预测,对不同工况下采空区的侧壁稳定性进行了深入的计算分析。同时在分析充填物物理力学特性、侧壁基岩物性及稳定性对不同地基方案的设计和施工影响后,提出了再次注浆处理采空区回填土体、优先采用地下梁+桩基方案穿越采空区的地基方案。并根据不同桩径、桩长的变形特性分析结果,综合考虑设计施工条件,提出了最优桩基方案。

复合顶板窄煤柱沿空掘巷技术探讨

阐述了窄煤柱沿空掘巷实质;依据某矿双巷掘进的实际情况,采用岩层控制理论和数值模拟等方法,对某矿复合顶板巷道沿空掘巷技术进行探讨;对窄煤柱沿空掘巷的可行性和煤柱稳定性进行了研究;依据不同宽度的窄煤柱与巷道围岩变形量的关系,确定了合理的窄煤柱宽度。研究结果表明,窄煤柱沿空掘巷的关键是煤柱宽度的合理确定.随着煤柱宽度的加大,顶底板位移量减小,围岩整体变形量呈减小趋势,结合极限平衡理论计算,最终确定窄煤柱的合理宽度为6m。

东川汤丹铜矿复杂采空区群联合调查技术方法研究及应用

复杂采空区群的调查和探测一直属于世界性难题。汤丹铜矿经过开采多年,形成了大量形态不规整的采空区。为查明汤丹铜矿采空区数量、规模及空间结构,通过对国内外采空区探测技术综合研究分析,结合矿山实际需求对东川汤丹矿区开展采空区调查工作。采用了矿产地质调查、工程地质调查、地表现状测绘、地球物理探测、钻探工程验证、三维激光扫描、矿床三维建模等调查技术方法手段,较好地完成了采空区调查工作。同时总结形成地—物—测—采—工多学科联合调查技术方法体系,为今后开展复杂采空区群的调查和探测工作提供了借鉴和理论支撑。