湖南周源山煤矿采空区群钻井与充填施工工艺

矿产资源开发利用过程中产生了煤矸石、废石、尾砂等,大量矿山废料堆放于地表,容易诱发泥石流、尾矿溃坝事故。同时矿床开采产生的地下大量采空区,容易诱发塌陷、矿震、滑坡、矿井突水等地质灾害。采空区群失稳成了煤矿安全生产的主要危险源之一。结合一工程实践,对矿区地质特征及岩层的可钻性进行了分析和研究,探讨了煤矿采空区群的钻井成孔和充填施工的工艺技术方法;通过室内试验,获得了尾砂充填系统尾砂膏体的配比。采用信息化技术方法,建立了煤矿井下巷道及其采空区群的三维矢量化、可视化模型,对钻进成孔工程实践具有指导意义。

采空区群链式失稳灾害关键影响因子识别评估

为准确全面地分析识别采空区群链式失稳灾害的影响因素,基于模糊DEMATEL-ISM模型与云模型方法结合链式灾害理论,选取23个因素构建指标体系。首先用模糊DEMATEL-ISM模型识别出关键影响因素及其中心度δi;再将δi利用正向云发生器生成相应的云数字特征来对采空区失稳链式灾害影响因素的作用强度进行评估。结果表明,最本质的影响因素为地质构造,作用强度等级最高的分别是致灾因子强度、顶板暴露面积和采空区体积,其δi标准化值分别为0.984,0.967和0.911,作用强度评估结果为Ⅴ级。用该方法对二级指标的评估结果与传统DE-MATEL-云模型评估结果进行比较,得出该方法能更好地解决分析过程中存在的模糊性和随机性问题。

基于复合探测的空区群精细化建模与稳定性分析

根据矿山采空区赋存特征,采用三维激光扫描和瞬变电磁法分别对明、盲采空区进行探测,获得了空区群的精细化三维模型,在此基础上建立三维数值计算模型开展采空区稳定性数值模拟,分析了6#剖面内采空区开挖后最大主应力、最小主应力、塑性区、应力强度比分布情况以及各监测点位移随计算时步变化规律。结果表明:6#剖面内岩体最大主应力为-0.25~-3.9 MPa,最小主应力为0.29~-0.50 MPa,采空区与巷道间矿柱内应力强度比≥1.64,巷道整体稳定性较好,采空区稳定性相对较差。研究方法与成果为同类条件下隐蔽采空区探测和治理提供了有益借鉴。

基于精密探测的金属矿山采空区群稳定性分析

采空区群的稳定性分析是一个复杂的地质问题,而在区域内存在一种群效应。准确地掌握采空区群的三维形态和空间的相对位置是进行稳定性分析的前提。以石人沟铁矿为背景,利用空区探测系统(CMS)对采空区进行了精密探测,并对探测数据进行处理和转换,在此基础上,应用3Dmine建立了采空区群的三维空间模型,经过进一步处理实现了与FLAC3D的耦合,建立了三维数值计算模型。根据计算结果对采空区群区域的应力场、位移场进行了分析,对群区域内的群效应进行了阐述。在此基础上对群区域地表位移进行了分析,确定了地表最大位移面积和采空区水平面积的比值。研究结果表明,区域内的群效应使应力和位移较单个采空区时都有了较大增加,且增加幅度并不是单纯的叠加,这种效应加剧了采空区的危险等级,将CMS、3Dmine和FLAC3D三者的优势结合起来,为采空区群得稳定性分析提供了一个准确而有效的途径。

金属矿山采空区群形成过程中围岩扰动规律研究

以石人沟铁矿为工程背景,选取典型矿段,采用相似材料模型试验和数值模拟计算相结合的方法,对该区域内采空区群形成过程中围岩的应力应变的演变规律进行研究。首先,利用相似材料试验,对采空区顶板的应力和位移以及矿柱的应力演变规律进行系统分析。然后,用数值模拟软件,对采空区群形成过程中开采对围岩的扰动范围进行系统研究。研究结果表明,在采空区群形成过程中,围岩应力-应变演变规律与采空区单独开采差异较大,每个采空区的围岩应力应变始终处于动态变化中,尤其是处于群区域中间部位的采空区,该处围岩的应力-应变状态也是最差的。群区域中,由开采对围岩造成的扰动较单独开采时急剧增大,且最终的影响范围并不是单独开采的简单相加,说明在区域内形成一种采空区的"群效应",加剧采空区的危险程度。

采空区群失稳模型构建及隔离矿柱安全厚度研究

许多金属矿山存在采空区群安全隐患。基于CMS对某矿山的采空区群开展定期探测,形成动态监测机制,精确获取采空区群三维边界;研究构建空区群连锁式失稳模型:基于突变理论分析方法,构建了采空区顶板-隔离矿柱力学模型,提出隔离矿柱失稳的判据,计算合理的隔离矿柱安全厚度,阻断空区群连锁失稳过程。运用数值模拟验证了计算结果的合理性。研究表明通过精确控制隔离矿柱的安全厚度,可有效阻断空区群连锁失稳导致的工程灾害;计算结果为下一步资源回采方案提供了设计参考。

一种多层采空区群稳定性的综合评价法

为准确评价多层采空区群的稳定性,考虑到数值模拟的局限性且采空区稳定性影响因素较多,提出数值模拟分析(整体分析)与多级模糊评判(单个分析)相结合的综合评价方法。以实际工程为例,建立矿体及采空区群三维整体数值模型,并利用FLAC3D软件研究其应力分布和塑性区(结构塑性强度破坏方面)以及采空区顶板中点位移监控(变形控制方面)。采用多级模糊评判对单个采空区的稳定性进行评价,对比分析这2种方法的异同,以便得出更准确的稳定性分类。研究结果表明:1号、2号和11号空区,处于不稳定状态,13号等9个空区处于较不稳定空区;采用该综合评价法所得的评判结果能更好地反映复杂多层采空区群的稳定程度,精度较高,为矿山复杂多层采空区群稳定性评价提供了一种新的可行的思路和方法。

基于RG法的空区群矿柱临界破坏条件研究

采空区群的稳定性对矿山的安全生产有重大影响,针对矿山采空区赋存形态,建立了对采空区群RG一维和二维模型,考虑应力重分布对系统稳定性的影响,将采空区群系统失稳破坏的复杂问题转换为了单元破坏失稳概率与临界失稳概率之间比较的问题,并给出了矿山采空区群一维和二维状态下的临界失稳概率,运用该方法对七角井铁矿采空区I和采空区II进行了计算验证,计算结果显示与实际情况较为符合,说明该方法对评价矿山采空区稳定性有一定的实用性。

复杂空区群露天开采境界三维可视化及其应用

为了预防露天开采境界下复杂空区群对矿山生产造成重大安全事故,研究以不规则三角网(TIN)为基础的复杂地质体三维可视化建模技术,并以Surpac软件为平台制定出相应的复杂空区群露天开采境界三维可视化实施方案。将该方案应用于某矿区,建立该矿区内露天开采境界地表、地下矿体以及复杂空区群的三维可视化模型,重点对空区群内部错综复杂的通透关系进行三维描述。研究结果表明:复合模型的建立明确了地表、地下矿体及各水平采空区之间的空间位置关系,可利用其分析空区群的安全隐患及空区间的连带破坏作用,为露天境界内复杂空区群的灾害控制、安全性评判及矿区地表开采的施工设计提供了参考依据,从而解决了多空区矿山的盲目开采问题,有效预防了重大安全事故的发生。

民窿空区群级联失稳评价

民窿空区群已构成了许多矿山安全生产的极大隐患。针对民窿空区群的特点,运用重整化群方法,从整体的角度对民窿空区群系统的稳定性问题进行了研究,得到了空区群变尺度级联失稳迭代函数。给出了判别空区群系统整体失稳的临界概率,将空区群系统失稳的复杂判别转化为单元失稳概率与临界概率大小的比较问题,同时给出了计算实例,以供参考。所建立的方法可以为大规模民窿空区群范围内的工程施工以及民窿所在矿山空区群整体稳定性评价提供参考,同时也为认识一般空区群系统的失稳机理开辟了一条新的途径。

大采高工作面过空巷群顶板破断及矿压规律研究

为解决大采高综采工作面快速通过大断面空巷群,避免发生冒顶压架问题,以哈拉沟煤矿22311综采工作面过26条空巷群为研究对象,采用理论研究、数值模拟以及现场监测等方法,研究了综采工作面过空巷群期间空巷失稳机制及基本顶破断规律,模拟了综采工作面过空巷期间采用泵送支柱支护效果,监测了综采工作面过空巷期间顶板下沉量及压力情况,最终22311综采工作面安全顺利通过了26条大断面空巷群。研究表明:空巷失稳主要是由基本顶超前破断引起的,其次是由于空巷支护不足导致的,泵送支柱支护应具有可切割、大断面、高承载与让压变形特征。采用"泵送支柱+锚索+W钢带"联合支护方式,使支柱与顶底板围岩处于协同作用状态,可保证综采工作面安全通过大断面空巷群。

复杂空区群影响下矿山边坡稳定性数值模拟

以河北某金矿多年开采形成的复杂空区群为背景,利用FLAC3D建立三维计算模型,研究空区群影响下的露天开采边坡稳定性,选取典型剖面计算了边坡稳定安全系数。结果表明:空区的存在对边坡的整体稳定性影响不大,但靠近边坡边帮的空区可能引起边坡的局部失稳;空区经废石非胶结充填方式处理后,边坡安全系数能显著提高,稳定性有明显改善。该研究方法可供类似矿山借鉴。

采空区群残采充填方案稳定性分析

为研究残采条件下的采空区群失稳响应控制,借助采空区群动力响应模型与类框架结构模型,从动力响应及应力响应这2个方面分析采空区群失稳控制效果。以某大型金属矿山4个中段12个单元采空区组成的采空区群为例,研究残矿回采工程中完全充填(方案I)与不完全充填(方案II)下采空区群的失稳响应控制。研究结果表明:方案I经充填处理后,拉应力分布范围整体上移,主要集聚在1 570 m中段顶板处,1 420 m中段底板处拉应力集聚现象基本消除;方案II经充填处理后,其拉应力集聚被缓解,保持在稳定范围之内;方案I经充填处理后,采空区群各中段顶板位移及速度响应大幅度下降,达到较好的充填效果;方案II经充填处理后,采空区群各中段顶板位移及速度响应也明显降低,且其降幅与方案I的降幅基本持平;空区群采用方案II充填后,所形成新的采空区群系统具有较强稳定性,考虑到时间成本及资金等情况,采取方案II对关键空区进行初步充填处理更具有可行性。

基于结构模态的纵向采空区群爆破动力响应

构建纵向采空区群离散多自由度动力响应模型,提出基于结构模态的空区群爆破动力响应分析方法.针对某金矿工程实例,对该方法进行检验分析.结果表明:该方法计算结果可直观反映采空区群内部岩体的位移与速度响应规律,揭示岩体爆破动力响应特性,与数值模拟结果趋于一致;受内部阻尼作用,岩体作减幅振动,振幅逐渐衰减至0;在爆破荷载施加位置,岩体响应强度最大,随着与爆破作用点之间距离增大,响应强度呈减弱趋势.结构模态分析方法可大幅缩短计算时间、提高计算效率,为岩体的动力响应研究提供了一种新方法.

首都机场临空产业集群的评估分析

利用集中系数对首都机场临空产业集群进行识别,并采用基于熵权的多目标决策方法评估集群绩效,分析形成产业集群的产业类型和优势产业集群;在此基础上,进一步对首都机场临空经济的发展阶段以及需要重点发展的产业集群进行界定;最后给出结论和建议。

天马山硫金矿段高大型复杂空区群充填技术研究

根据天马山硫金矿段中深孔(或深孔)爆破落矿后形成的采空区体积较大、且空区之间存在相互贯通、空区形态复杂的特点,提出整体密闭分段多点充填工艺,并结合采空区的实际情况,通过充填挡墙受力分析,确定挡墙结构及厚度。采用空区悬挂脱水管的方式加快空区脱水,同时对空区排出的水经过沉淀后经排水沟排往水仓。根据充填工艺特点制定充填跑浆预防方案及充填过程中相应的安全措施。实践应用证明此工艺适合于该类型空区,效果较为理想。

基于结构离散的复杂水平采空区群残采激励动力响应

为研究残采激励下复杂组合水平采空区群的动力响应,借助离散化方法,构建复杂水平采空区群动力响应模型。结合数值模拟,对某大型地下金矿山KT8矿体1100 m中段复杂水平采空区群进行动力响应及应力传递研究。结果表明:爆破激励下,水平采空区群结构的改变几乎不会对其作用岩体本身的位移响应和速度响应产生影响,但对其余部分岩体响应产生较为明显的增幅,其中增幅最大的区域是水平采空区群的结构改变处岩体;爆破荷载对其作用岩体应力分布产生较明显的变化,对其余部分岩体不会产生明显的影响。现场工程结果表明,复杂水平采空区群间柱经残采后,所形成新的大采空区稳定性良好,空区周边没有发生大的位移变形,并验证动力响应模型分析的可靠性,该方法为复杂采空区群残采作业提供理论指导。

灾害性群空区深部开采采场结构参数优化研究

铜坑矿区内,多个矿体在垂直方向上呈重叠状产出,彼此之间相隔较近,甚至连在一起。多层矿体重复采动,多中段同时作业,形成了相互影响的复杂开采格局。经过30多年的大规模开采,已积累了数百万m3的采空区,开采技术难度大,地压控制极其复杂。在矿山岩体工程地质条件研究的基础上,采用核区强度理论、Bieniawski强度公式进行了采场矿柱、间柱的稳定性计算。基于弹性力学小变形薄板理论方法分析了顶柱安全厚度,提出了92#矿体采场合理的结构参数,为控制92#矿体安全开采提供了技术依据。

过空巷群残煤复采液压支架额定工作阻力确定

兰兴煤矿2201工作面是为了回收旧房式开采所遗留的煤柱,工作面前方存在多条空巷,条件比较复杂。通过实际观测,工作面老顶的初次来压步距为30 m,周期来压步距为12 m。用实测统计法,计算出液压支架的额定工作阻力为4 297 k N/架,并用有限元软件FLAC3D模拟计算,得出液压支架的额定工作阻力为4 166.67 k N/架。实测统计法与模拟计算法得出的结果差距不大。因此,结合这两种方法可以对过空巷群残煤复采时液压支架的额定工作阻力进行确定。

复杂采空区群精密探测及多软件耦合建模

常规采空区物理探测方法受空区形态及地质情况影响而降低精确度,不能准确地输出空区三维形态信息,且后期分析困难。激光探测技术能很好地解决这一问题,但是针对遗留大量繁杂凌乱点柱的空区群,无论前期探测,还是后期建模难度都变大。以江西某钨矿空区群为背景,利用三维激光扫描系统FARO进行了精密探测,采用Geomagic-studio软件对探测产生的点云数据进行了整理,并进一步地探索了基于Minesight软件和3Dmine软件构建的三维空间模型与FLAC3D数值模型耦合问题。实践证明,应用FARO系统建立的三维空间模型,能较方便地对采空区的残矿量、采空区规模进行精确统计;在此基础上,基于实测三维空间模型构建的FLAC3D数值模型,可对空区群的稳定性进行分析。