基于综合支护的磷矿采空区顶板保护方法研究

为解决磷矿巷道顶板节理发育复杂、顶板破碎度高、稳定性差的不足。通过对巷道顶板进行分级、分类管控并利用锚网索综合支护工艺方案,实现了对磷矿采空区顶板的可靠防护。根据实际应用表明,在进行支护方案优化后,能够在不影响磷矿回采效率的条件下把巷道顶板变形量降低88.4%,提升了磷矿采空区顶板的稳定性。

基于板壳理论的采空区顶板稳定性分析及应用

金厂河铅锌铜多金属矿主采区矿石资源消耗过快,D采区为主要补给矿块,铅锌品位低,充填掘进工程量多,充填难度大、成本高。针对金厂河铅锌矿D采区现存问题,运用弹性理论建立板壳结构力学分析模型,研究采空区顶板经历两次冒落而趋于稳定,计算分析不同方案下的采空区顶板的初始冒落高度分别为11~38 m、26~58 m、41~87 m,后续稳定冒落高度可达1.5~2.0倍采空区跨度。同时,依据采场参数和松散体特性,分析冒落67~100 m即可自然挤压冒落拱底板。为防治地表错裂塌陷,提出及时废石充填空区挤压临时矿柱,增强矿柱支撑能力和限制空区大范围冒落。以此设计空场法、留矿柱空场法和空场适时充填不同开采方案,通过空区顶板初始冒落高度、矿柱承载数值、回收矿量对比,推荐空场适时充填方案可保证D采区安全开采。

影响采空区顶板抽放瓦斯效果的主要因素分析

对于低透气性高瓦斯煤层群开采的首采工作面,或厚煤层开采一分层的工作面回风流中的瓦斯浓度超限问题是一大难题,为解决此难题,通常采用顺层钻孔、穿层钻孔抽放瓦斯措施,收到了一定的效果,问题尚得到较好解决。开采煤层工作面的瓦斯主要来源于本煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯,由于煤层松软,顺层钻孔施工难,不便进行顺层钻孔抽放瓦斯,若对采空区实施大面积抽放,工程难度大,而且抽不出高浓度瓦斯。煤层回采后,采空区顶底板岩层卸压,产生裂隙。由于瓦斯的升浮漂移和渗流特性,来自于开采煤层和卸压煤层内卸压瓦斯,沿裂隙通道汇集到裂隙区,形成瓦斯积存库。把抽放钻孔或巷道布置在顶板裂隙内,实施瓦斯抽放,该抽放瓦斯技术起到了对开采工作面上隅角瓦斯的截流作用,解决了松软低透气性高瓦斯煤层群开采瓦斯抽放困难的关键技术难题。

考虑时间效应的采空区顶板稳定性分析

根据红岭铅锌矿采场顶板受力特征,基于Reissner厚板理论,建立了采场顶板的厚板力学模型;根据顶板不同边界条件,推导了固支和简支两种条件下顶板内部最大应力、弯矩和挠度方程;基于Kachanov蠕变损伤理论,构建了采场顶板蠕变损伤模型,并对采场顶板损伤失稳时间进行了深入分析。结果表明:固支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在四边中点处,即四边中点处首先出现损伤,由蠕变损伤模型可知,长边中点损伤孕育时间为110.32d,短边中点损伤孕育时间为121.19d,之后损伤逐渐向外侧扩展;简支条件下,顶板最大弯矩及应力出现在顶板中心处,此时中点处损伤孕育时间为49.89d,应在此时间之内充填采空区保证顶板稳定性。工程实例分析表明,顶板损伤孕育时间与顶板厚度呈正比关系、与上覆岩层压力呈反比关系,即顶板越厚,损伤孕育时间越长,上覆岩层压力越大,损伤孕育时间越短。

复杂地质条件厚大磷矿体采空区顶板联合支护方法

白竹磷矿是国内罕见的厚大缓倾斜磷矿体,矿层最大厚度接近25 m。结合白竹磷矿复杂地质条件,特别是顶板结构破碎、节理发育等特点,在该矿首次采用适用于空顶高、暴露面积大缓倾斜厚大磷矿体采空区处理的锚杆-锚网-锚索综合加固技术。在实际应用过程中,首先在矿层顶部Ph3平巷进行切顶,切顶采用Sandvik DD310-40凿岩台车凿孔装药爆破,然后采取顶板分类管理技术进行顶板分级,最后针对顶板结构分级情况采用相对应的锚杆、锚网护顶护帮,再用锚索加固顶板。经过多年试验,探索出了一套适用于复杂地质条件下磷矿顶板管理的方法。

采空区顶板超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究

针对成庄矿综采工作面采空区瓦斯涌出量大的问题,以千米钻机深孔钻进技术和配套装备为依托,应用试验了采空区顶板超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术;通过研究确定采空区"三带"分布范围及瓦斯富集区,设计了合理的采空区顶板超长定向高位钻孔布置参数。试验考察结果表明,超长定向高位钻孔瓦斯抽采技术具有钻孔施工工程量小、定位好、抽采稳定、抽采率提高的优点,取得了显著抽采效果。

倾斜空区顶板三铰拱轴曲线结构自稳分析

研究发现动采应力再分布使空区顶板在失稳前两拐角处形成塑性铰区,承载机构转为充分自稳的三铰拱形.针对这一特点,提出将空区顶板近似为半跨的三铰拱轴曲线结构,并建立以空区跨度L、拱失f、顶板岩层载荷q(x)为变量的力学模型,推导冒落线方程y(x)和拱轴压力N(x)方程,分析空区顶板的稳定性和冒落线形式,并计算空区的临界跨度和临界暴露面积.以排山楼金矿空区为例,利用模型得出活动延深方向临界跨度70 m,走向140 m,临界暴露面积7 693 m2.提出禁止间柱回采,及时充填空区的治理方法,保障井下安全.

地下空区顶板改进梁模型的弹塑性分析

将岩石视为理想弹塑性介质,采用梁柱理论分析岩石本构关系对改进梁模型的影响,将模型的受力状态简化为弹性状态、拉伸屈服或压缩屈服状态、拉压屈服并存状态,并分别得到不同受力状态下的广义弯矩-轴力-曲率关系。假设模型的挠曲线为正弦半波函数,得到了模型最大承载力的弯矩-轴力-横向荷载相关方程(m 0-n-q);采用裂隙张量与损伤理论,得到了等效弹性模量与初始弹性模量之间的关系。以瓮福磷矿穿岩矿段地下空区顶板为例计算得到不同跨厚比(L/h=3,5,8)条件下横向荷载与轴力的相关曲线。研究结果表明:在横向荷载q一定的情况下,随着顶板跨度与厚度的比值(L/h)的减小,轴向力(n=N/Ny)增加;在轴向力一定的情况下,随着顶板跨度与厚度比值(L/h)的减小,横向荷载(q=q/qy)增大。

基于能量法的露天开采下采空区顶板安全厚度研究

为了确定露天开采下采空区顶板安全厚度,基于力学理论,分析了露天开采下采空区顶板受力特性,建立其固支梁力学结构模型。根据能量守恒原理,推导了由顶板弯曲应变能、水平荷载做功和垂直均布荷载做功组成的采空区顶板结构总能量方程,获得了采空区顶板势能函数解析式。采用突变理论,建立了采空区顶板系统的尖点突变模型,获得了采空区顶板失稳判别式,推导出采空区顶板安全厚度计算模型。对某露天矿采空区顶板厚度进行了应用案例分析,理论计算出的最终采空区顶板临界厚度为11.34 m,与现场安全预警经验值12 m基本一致。表明所建立的采空区顶板安全厚度计算模型合理可行,可为露天开采下采空区顶板安全厚度设计提供一定的理论依据和工程指导。

基于梁模型的采空区顶板安全厚度计算

空区顶板厚度影响采空区地基承载力.梁理论是确定顶板安全厚度的主要力学模型之一,结合某一工程实例,探讨了考虑载荷作用范围的3种典型梁:简支梁、悬臂梁和两端固定梁,得出了相应的顶板安全厚度.

机械施工动荷载-采空区顶板失稳判据

针对机械施工荷载作用下采空区顶板失稳破坏具有突发性及受力过程复杂的特点,将机械施工荷载简化为移动简谐力,采用力学分析建立了机械施工荷载-采空区顶板力学模型。基于动力学理论,形成了机械施工荷载-采空区顶板的双尖点突变模型,由系统失稳的充分条件和必要条件,获得了机械施工荷载-采空区顶板失稳判据。基于能量原理,推导了机械施工荷载-采空区顶板总能量方程,根据系统临界失稳判据,构建了临界机械施工荷载计算模型。对建立的两种失稳判据分别进行实例验证,结果表明采用突变理论计算得到的理论状态与实测状态一致;采用能量原理计算得到的临界机械施工荷载理论值与实测值较吻合,平均误差为11. 01%。研究可为露天开采下机械施工荷载大小控制、采场结构参数设置、采空区失稳控制与治理等提供参考。

采空区顶板见方垮落的覆岩空间结构特征及形成条件

见方垮落是工作面采空区顶板的一种特殊形式垮落,基于覆岩空间结构理论及薄板结构模型,对其覆岩空间结构特征及形成条件进行研究。顶板见方垮落实质为某关键层初次整体垮落,形式呈正"O-X"破断,其形成条件极为苛刻,需顶板结构及强度、区段煤柱特性、采空区边界条件、工作面宽度、工作面推进距离等因素满足对应关系。判别工作面见方垮落时,需从采区内首采工作面开始,依次计算各工作面回采后关键层的破断情况。工作面宽度越大,关键层见方垮落所需的关键层厚硬程度更高,这是多数工作面所不能满足的,而将冲击地压工作面见方区域均划定为冲击危险区往往偏于保守。

采空区顶板动力响应数值模拟研究

介于岩体材料及爆破地震波的复杂性,采用理论分析方法难以对采空区顶板动力响应做出准确计算,而且求解出的计算公式通常比较复杂,工程上难以直接应用。FLAC^(3D)数值模拟软件中的动力分析功能在解决岩土工程方面的非线性动力分析问题方面有巨大优势,能更深入的研究采空区顶板在爆破震动作用下的动应力场、动位移场和塑性区的变化规律及动静应力场的叠加作用机理。在理论研究的基础上,借助FLAC^(3D)提供的动力分析功能,建立数值计算模型,对静力荷载和爆破动载共同作用下采空区顶板失稳过程和机理进行数值模拟分析。

地下采空区顶板矿体露天开采的工艺

栾川钼业公司露天矿区存在大量形态各异的地下采空区。露天开采地下采空区顶板矿体 ,必须探清地下采空区的形状 ,确定露天开采末台阶的最小安全厚度 ,选择合理的爆破参数和孔底到采空区顶板的合理高度。

隧道穿越既有采空区顶板安全厚度研究

将隧道底部采空区顶板岩层简化为周边固支的椭圆形板,并建立力学模型,导出采空区顶板岩层的总势能函数表达式。通过Tschirnhaus变换,得到采空区顶板岩层的尖点突变模型,利用该模型得出了顶板岩层失稳时的最小厚度,并用基于强度折减法的有限元平面模型,取最不利位置处作为监测断面,得出了不同距离下的顶板安全系数及隧底下2 m处竖向位移发生突变时采空区与隧道间的临界安全距离。研究表明,基于尖点突变理论得到的顶板最小厚度与数值模拟结果相符。

高山河谷地形下采空区顶板变形及其影响因素分析

研究高山河谷地形下采空区顶板的变形特征是采空区地压管理和安全生产的重要基础。基于薄板小挠度弯曲理论,在满足边界条件及连续条件下,采用Levy单三角级数解法推导出高山河谷地形采空区顶板变形的挠度解析解。以宜昌某磷矿为工程背景,根据求解的采空区顶板挠度方程,分析了地表谷坡倾角θ、采空区走向与倾向长度比a/b、均布荷载分量q0等因素对顶板最大挠度w及最大挠度点位置的影响规律。分析结果表明:高山河谷地形下采空区顶板最大挠度w随谷坡倾角θ先缓慢再急剧递增,随a/b值呈“S”形递增,随q0值呈线性递增;此外高山河谷地形下采空区顶板最大挠度点位置均向高山侧偏移,其偏移距离受地表谷坡倾角θ及均布荷载分量q0影响较小,受采空区尺寸a/b值影响较大;最后根据现场调研结果分析得到顶板最大挠度点位置,验证了计算的理论结果与实际基本相符。研究可为高山河谷地形下采空区支护和采场地压管理提供理论依据。

车辆荷载作用下露天矿采空区顶板安全厚度研究

采空区的存在对露天矿的安全生产构成极大威胁,而顶板是决定空区稳定性的重要因素。针对弓长岭露天矿已探明采空区进行了顶板安全厚度分析。建立了车辆荷载作用下的采空区顶板的力学模型,推导了顶板的振动方程,获得了其安全厚度计算式。结合弓长岭露天矿采空区实际情况,分析了车速、车质量、顶板厚度和跨度对顶板岩梁动态响应的影响规律,计算了不同顶板抗拉强度、跨度组合和不同车质量时的顶板最小安全厚度值,并据此分析了安全厚度的变化规律,对该矿区的安全生产具有重要意义。结果表明:顶板岩梁中的动弯矩与车速、车质量以及顶板跨度近似呈线性关系,且随顶板厚度增加而减小,顶板厚度越小,动弯矩减小幅度越大;顶板最小安全厚度随其抗拉强度增大而减小,随其跨度、车质量的增大而增大。

紫金山金矿地下采空区顶板上露天台阶失稳的控制

从工程结构和岩体稳定的理论角度 ,分析紫金山金矿开采方式转型后的露天作业台阶失稳及其危害 ,阐述地下采空区顶板的露天台阶失稳原因与规律 ,提出露天台阶失稳的危害预防与控制方法。运用各种技术手段核查、实测采空区和暗空区状况 ,控制采空区顶板稳定性 ,确定合理的最小安全厚度 。

大红山铁矿主采空区顶板强制崩落爆破

大红山铁矿井下采用无底柱分段崩落采矿法开采,釆空区范围不断扩大,顶板已冒落到1 060 m,地压活动显现突出。为消除隐患及危害,釆用強制崩落顶板岩层通达地表,满足了安全采矿的要求。

充填工作面采空区顶板活动规律研究

为分析充填工作面采空区顶板活动规律,采用理论分析和现场实测相结合的方法进行研究。首先采用板壳理论分析充填开采顶板坚硬岩层的破断过程,得到充填工作面采空区顶板破断并非逐层渐进式的破断,而是以坚硬岩层及其控制的岩层组为一整体破断,当岩层组破断时在采空区顶板活动中会出现顶板大范围突然沉降。设计充填工作面采空区顶板活动规律监测方案,监测数据显示:顶板下沉最终稳定状态时下沉量约361.8 mm,与等效采高399 mm很接近;工作面后方22 m顶板沉降非常缓慢,采空区顶板活动趋于稳定;采空区顶板开采过程中会出现突然沉降的现象,突然沉降发生时工作面距离上次发生来压位置推进距离约17.6 m,说明工作面每推进17.6 m会出现一次严重的覆岩断裂现象。实测结果和理论分析的结论高度吻合,二者相互验证。