基于单元安全度理论的采场隔离矿柱厚度优化

为了研究西北某铜锌矿开采由崩落法向充填法过渡时采场预留隔离矿柱厚度对开采作业的影响,根据矿区开采现状以及工程地质条件,设计6种隔离矿柱厚度方案,通过3Dmine-Rhinoceros建立三维数值模型,并引入安全系数概念与单元安全度理论,运用FLAC^(3D)对上部中段采空区未充填条件下210 m中段3个连续矿房间隔开采过程进行模拟计算,研究分析了不同方案下矿山开采后隔离矿柱的顶板沉降位移、安全系数以及单元安全度变化。结果表明,当隔离矿柱厚度大于12 m时,能够满足过渡阶段采场留设层的稳定性要求。因此,建议留设厚度不小于12 m的隔离矿柱。

特厚煤层回采巷道煤柱宽度及围岩控制研究

聚焦于特厚煤层回采巷道煤柱宽度及围岩控制的研究,旨在解决特厚煤层回采工程中的安全性和稳定性问题。通过分析特厚煤层回采的重要性和挑战,深入探讨合理煤柱宽度选取以及围岩控制策略,提高矿山生产效率与安全性。并分析特厚煤层特点、回采方法和技术现状,综合分析煤柱宽度与围岩控制的关系,为相关领域提供有效的指导。

厚冲积层下厚煤层分层开采提高开采上限的研究

为合理开发煤炭资源,最大限度地提高资源利用率,以鹿洼煤矿首采扩大区为工程背景,运用理论分析和地质勘探等方法,对第四系黏土层厚度和砂层含水性等水文地质条件进行了研究,确定了含水层类型和水体采动等级.在此基础上,预计了"两带"高度,探讨了安全煤岩柱合理尺寸,使开采上限提高了30 m煤柱,解放呆滞煤量73.7万t.

露天地下开采隔离层稳定性研究

露天地下开采隔离层稳定性分析是矿山中经常遇到的问题。以大宝山矿露天地下开采的工程实例,采用数值分析方法,对隔离层稳定性进行分析计算,发现空区顶板的拉应力是关系隔离层稳定性的关键因素。通过对隔离层的安全厚度数值计算,与5种理论计算方法结果进行了比较,综合求和归一法数据处理和多项式数值逼近得到了不同空区跨度与隔离层安全厚度关系。结果为露天地下开采隔离层稳定性分析的方法进行了验证和补充,也为矿山设计隔离层厚度提供了参考,对指导露天地下开采安全生产施工具有重要意义。

工程地质模型在防水煤岩柱研究中的应用

提出了煤矿工程地质模型的概念和基本构成．论述了工程地质模型及其组成单元的采动效应，建立了预测模型并成功应用于山东省横河煤矿厚松散含水层下放顶煤开采防水煤岩柱的留设．为进一步发展防水煤岩柱工程地质系统研究方法奠定了基础．

露天采场边坡下隐伏空区灾害影响分析及其治理

采空区是影响矿山安全的重大危险源之一。针对金厂峪矿露天采场隐伏空区,首先分析了各空区工况条件下露天采场边坡失稳破坏特征,其次采用类比法、力学理论计算以及极限平衡法校核等,确定了隐伏空区预处理顶板安全厚度,形成了一种空区顶板安全厚度的综合判别法。结果表明:空区存在时出现应力集中现象和拉剪破坏,空区顶板失稳造成露天采场边坡局部滑塌,空区回填后边坡稳定性明显改善;当空区跨度为12 m时,顶板安全厚度取10.5 m合适,满足类比法及主要工程力学理论的安全要求。

高风险岩溶隧道掌子面突水机制研究

在我国西部强岩溶地区,越来越多的长大深埋隧道潜在突水、突泥的风险,由于隐伏岩溶水体位置、规模以及体量的不确定性,突水模式与类型异常复杂,隧道掌子面的突水风险系数极高。对于隧道开挖后围岩结构完整性较好的掌子面,在特大体量隐伏岩溶水体作用下,当开挖面进入安全厚度内迅速发生破断突水,具备明显的突变特征。针对隧道掌子面发生破断突水的突变特征,采用数值手段探讨了施工条件对突水突变现象的影响。将隧道简化为圆形,建立了掌子面失稳的折叠突变模型,通过对系统势能函数的分析,推导了隧道掌子面发生破断的突水条件和最小安全厚度计算公式,基于系统势能突变控制参数灾变演化路径的分析,提出了掌子面突水的具体防治措施,并结合工程实例验证了其可行性。

圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度及动力特性

为解决煤系地层公路隧道施工中瓦斯气体泄漏、爆炸及煤层突出、挤出、压出等地质灾害问题,以西藏拉泽高速公路圭嘎拉隧道为研究对象,采用结构力学理论,结合岩柱爆破损伤范围大小和地应力与煤层瓦斯压力作用下岩柱安全厚度,得出不同煤层倾角隧道石门揭煤的岩柱安全厚度计算式,得到圭嘎拉隧道石门揭煤岩柱安全厚度;运用数值模拟法建立煤系地层公路隧道石门揭煤动力学模型,研究石门揭煤掏槽爆破微差间隔时间对煤层及其顶底板的动力特性,获得煤层与顶底板动力响应特征。结果表明:圭嘎啦隧道石门揭煤安全厚度2.8 m是合理的;随着微差间隔时间增加,动力响应强度降低,石门揭煤爆破最佳微差间隔时间为50 ms;随着煤层倾角增大,动力响应强度增强,应适当减小急倾斜和倾斜煤层揭煤深度,可适当增大缓倾斜煤层揭煤深度。

动荷载诱发上下交叠硐室间顶柱失稳的突变理论分析

根据上下交叠型地下硐室群的主要特征,将硐室间的顶柱简化为两端固定梁力学模型,把动荷载简化为谐波。考虑梁的自重,建立了动荷载诱发上下交叠型地下硐室间顶柱失稳的双尖点突变模型,导出了其失稳条件。根据失稳条件确定了顶柱的临界安全厚度。分析了动荷载振幅、频率对顶柱临界安全厚度的影响。以厂坝铅锌矿为例,计算了爆破震动作用下采场与下方采空区间顶柱的临界安全厚度。研究结果表明,上下交叠型地下硐室间顶柱的失稳不仅取决于动荷载的振幅和频率,而且还与自重荷载以及围岩特性有关,这与测试结果和有关爆破地震效应的最新研究成果是一致的。

江西金山金矿矿块结构参数优化数值模拟研究

确定矿块结构参数是采矿设计的关键问题之一。以江西金山金矿试验采场为研究对象,运用FLAC3D有限差分数值模拟软件,对试验采场采用的中深孔空场嗣后充填采矿法的结构参数进行了优化。通过对不同方案下的应力场、位移场和塑性区分布进行分析,确定了矿房的临界跨度和矿柱的最小安全厚度。应用实践表明,在保证生产安全的前提下,优化得到的结构参数能够最大限度地减少采掘成本,增加矿山产量和经济效益。

岳城水库下综放开采厚煤层的工程实践

结合观台煤矿2208工作面的实际数据,对岳城水库下开采厚煤层的安全性进行理论分析。采用相似材料模拟技术,对水体下厚煤层开采时上覆岩层的变形、移动、破坏规律进行模拟和观测研究,特别是对最高导水裂隙带的位置进行观测与分析,进一步论证了在一定的地质条件下进行水体下厚煤层开采的可行性。

基于充填体拱效应的水平矿柱安全厚度研究

充填体下矿体开采时,考虑充填体拱效应,有利于提高矿山资源回采率。利用BELAEM模型计算拱效应下充填体垂直应力,构建弹性梁力学模型并结合极限抗拉强度准则推导出水平矿柱预留安全厚度表达式。以某金属矿山3个不同采空区跨度为例,计算水平矿柱安全厚度。利用FLAC3D建立数值模型对矿体进行开挖模拟,通过对水平矿柱最大主应力及最大位移分析,验证了水平矿柱预留厚度满足安全生产需求。现场工程150 d监测结果表明,监测点附近位移变化最大值低于极限位移,水平矿柱趋于稳定。

第三系砂砾含水层下工作面综放开采可行性研究

为了提高多伦协鑫煤矿水体下综放开采的利用率,以1704-1工作面为例,运用地质勘探、实验室土工试验和理论分析等研究方法,分析获得第三系砂砾含水层性质和粘土层性质,从而确定了安全煤(岩)柱留设类型,进而确定安全煤(岩)柱合理留设尺寸和工作面安全开采厚度。结果表明1704-1工作面上方第三系砂砾岩含水层为弱富水性,安全煤(岩)柱可根据防砂安全煤(岩)柱留设;没有赋存砂砾岩含水层的"底粘区",粘土厚度大,流动性差,安全煤(岩)柱可根据防塌安全煤(岩)柱留设;1704-1工作面"底粘区"最小防塌安全煤(岩)柱留设为49.65 m,采用综放全厚开采;"底砾区"最小防砂安全煤(岩)柱留设为59.99 m,采用综放限制采厚7.78 m开采。

矿柱不同重叠率条件下空区顶板安全厚度

相邻中段矿柱间发生严重偏离时,严重影响采空区顶板安全厚度的取值,危及矿山生产安全。本文以某地下石灰岩矿山采空区为例,在分析相邻中段偏离矿柱的顶板受力特征基础上,构建顶板的受力模型,建立安全厚度(h_(s))的数学表达式,研究h_(s)与矿柱重叠率λ、矿柱宽度a、空区跨度b之间的关系。结果表明:当b一定时,h_(s)随a的增加而增大,λ在0.8~1.0时,h_(s)变化较小并趋于定值;h_(s)随着λ的增加而减小,λ在0.8~1.0时,h_(s)变化较小并趋于定值;当a一定时,h_(s)随b的增加而增大,λ在0.8~1.0时,h_(s)增速变化较小;h_(s)随着λ的增加而减小,λ在0.8~1.0时,h_(s)增速较小;矿山矿柱重叠率须控制在0.8以上。实例1和实例2验证了理论计算方法的科学性。

瓮福磷矿矿柱安全留设尺寸确定与现场监测

留设安全矿柱是房柱式开采体系中保护井巷、地表及建筑物的安全一种常用方法,矿柱的合理尺寸选择及其稳定性对采场安全极其重要.结合瓮福磷矿磨坊矿5#井开采的实际情况,提出应用FLAC3D数值模拟逐步逼近法来确定该矿安全矿柱留设尺寸,并采用平板梁理论对其进行分析计算.结果表明,逐步逼近法得到的安全矿柱厚度和平板梁理论的计算结果较为吻合.通过2种方法的研究结果对比分析,确定该矿点柱式房柱的基本参数为:矿房跨度在14m左右,矿柱厚度在5.5～6.0m之间.通过对磨坊矿5#井采空区上覆岩层移动规律的监测,发现岩层移动相对稳定,地表沉降量控制在160mm以内.

不均匀分布点状矿柱承载条件下顶板最小安全厚度

为研究不均匀分布点状矿柱承载条件下顶板最小安全厚度,在某省32个地下矿现场调研的基础上,以某地下采空区顶板为对象,根据矿柱位置,将顶板分为行间顶板、列间顶板、行列间顶板等3类,分别构建不同支撑条件下顶板力学模型,推导其应力分量表达式;考虑节理存在对岩体力学性质的劣化作用,建立力学性质劣化的顶板最小安全厚度的计算公式,分析不同跨度比、暴露面积及节理特征顶板最小安全厚度的变化趋势。研究结果表明:空区顶板结构参数影响最小安全厚度,其他条件不变时,跨度比m=1为最小安全厚度极小值点;总体趋势为随着跨度比增大,最小安全厚度降低;最小安全厚度与暴露面积呈正相关,随着暴露面积增大,最小安全厚度增长速率变缓;空区结构参数一定时,顶板岩体节理密度越大,节理面直径越大,顶板最小安全厚度增长越快。数值模拟结果和工程实例验证了理论计算结果的合理性,为地下房柱法矿山安全开采提供理论支撑。

下沟煤矿泾河及砂砾岩含水层下综放开采分析

为解决下沟煤矿泾河区域地表泾河和巨厚白垩系砂砾岩含水层双重水体威胁下安全采煤的问题,通过采用统计分析、经验类比的方法,研究了泾河区域覆岩结构特征、覆岩破坏高度及防水安全煤岩柱留设宽度。研究结果表明:下沟煤矿覆岩类型为中硬偏软弱类型,泾河区域选择16倍的裂高采高比预计导水裂缝带的高度,保护层厚度按3倍综放开采高度选取是适宜的。得出防水安全煤岩柱厚度按照19倍采高进行留设,大部分区域能够满足留设防水安全煤岩柱的条件,通过设计合理的开采高度,可以满足泾河区域水体下综放开采。

第四系下隔离矿柱临界破坏厚度研究

隔离矿柱临界破坏厚度的确定是露天转地下和第四系下矿体开采面临的主要难题。以某矿山第四系下矿体开采为工程实例,根据隔离矿柱在不同临空边界条件和应力状态下的破坏形式,分别采用Mohr-Coulomb和抗拉破坏准则进行评判。借助FLAC3D软件计算矿柱单元内的应力,建立了基于单元的安全系数法,求解隔离矿柱的安全系数,最终确定合理的隔离矿柱临界破坏厚度。

程潮铁矿联合开采隔离矿柱合理厚度研究

程潮铁矿矿体随开采水平下降而逐渐西移,导致选厂下保安矿柱的矿量逐渐增加。为了保护地表选厂同时尽可能回收矿石资源,程潮铁矿采用充填法回收保安矿柱和无底柱分段崩落法开采塌陷坑下矿体联合开采回收-430^-500 m阶段矿体。为了防止两种采矿方法交界处的采矿活动相互影响,采用数值模拟方法,选取15 m、20 m和25 m厚度的隔离矿柱分别建立了联合开采数值模型模拟开采,得到联合开采后地表沉降以及充填采场的安全系数,并对其进行比较。结果表明,隔离矿柱厚度为20 m时,选厂地表监测点的沉降值较小,充填采场安全系数较高,能够满足选厂和充填采场安全性要求,同时矿柱压矿量少,经济效益较优。研究结果能够为矿山的实际生产提供一定的指导。

露天转地下开采境界矿柱安全厚度确定

根据杏山铁矿露天转地下开采的工程实际,基于K.B.鲁佩涅依特理论估算法,计算得到杏山铁矿露天转地下开采境界矿柱合理厚度应在12.34～17.11 m之间,并利用MIDAS/GTS数值模拟软件对境界矿柱厚度为12 m、14 m、16 m、18 m等4个数值模拟方案进行了计算。从境界矿柱沉降、采场底臌、境界矿柱最大拉应力和采场围岩最大压应力等方面进行了综合分析,得到境界矿柱厚度的最佳值为16 m。