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。

某方解石矿群空区稳定性数值模拟分析

地下开采的矿山采用空场法回采时,会留下许多采空区,当这些采空区构成群空区时,对矿山是一个重大的安全隐患,需要根据采空区的特性提出合理治理措施,因而群空区的稳定性评判至关重要。为了分析研究某方解石群空区的稳定性状态,进行了矿山现有采空区的调查,确定采空区的基本信息,然后采用数值模拟计算方法,建立矿山采空区三维立体模型,分别从采空区跨度和留设的点柱尺寸方面进行了3组模型的数值模拟计算分析,确定矿山采空区的安全跨度和安全矿柱尺寸,从而判断群空区的稳定性,为后续采空区治理提供理论依据。

大型复杂群空区下采场稳定性分析

绍兴铜都矿业有限公司由于长期采用分段空场法回采,导致在-385 m水平以上存在52万m3的复杂采空区群,出现了采场垮塌、地表塌陷等严重地压现象,对深部开采安全已造成严重威胁。为此,在矿山岩体工程地质条件研究的基础上,综合运用三维弹塑性有限元正交试验方法、极限分析法和弹性力学小变形薄板理论等多种岩石力学理论方法,分析计算分段空场法采场的稳定性,评价和预测了分段空场法采场和矿柱的力学行为和破坏特征,为深部采场提供了合理的采场结构参数,有效指导了试验采场6.4万t矿量的安全回采。

集群空区条件下的矿体回采的实践

河南金源黄金有限责任公司经过2007年到2009年的改扩建工程后,现在选厂的处理能力已达到3800 t/d,J4角砾岩体提供了90%以上的矿量。由于改扩建近20年采用的是空场法开采,在J4角砾岩体的内部形成了大量的采空区,对改扩建后采用无底柱分段崩落法采矿带来了很大的困难。介绍了在集群空区下无底柱分段崩落法的几种回采方法。

群空区下厚矿体高阶段空场嗣后废石充填法回采应用研究

通过对群空区下橄榄形厚矿体开采时安全条件差、顶柱损失大的难题进行分析研究,得出预留25 m安全隔离矿柱和高分段+大直径深孔凿岩高阶段空场嗣后废石充填采矿法开采厚矿体为佳。采用FLAC3D模拟分析高分段+大直径深孔凿岩高阶段空场嗣后废石充填法采场结构参数,以及对上部群空区、隔离矿柱和上中段运输巷稳定性的影响。结果表明:矿房长40 m、高75 m、间柱宽10 m时,在25 m厚安全隔离矿柱“保护”下空区稳定性良好,650 m中段运输巷因靠近矿房稳定性差而需进行变道。通过现场工业试验得出,该采矿方法节省采准工程240m,采准周期短;不留顶柱,多回采顶柱资源量4.8万t;大直径深孔+上向扇形孔同步回采,采场生产能力达到了1400 t/d,生产效率大幅提高,为矿山尽快投产提供了技术支撑。

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。

采空区群条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

采空区是威胁矿山安全的重要危险源之一,对采空区进行稳定性分析、安全评价和治理研究已成为国内外矿山研究领域的重要课题。本文利用某露天矿山已有的采空区形态模型数据,采用3D Mine软件建立高精度露天矿含采空区的三维工程地质模型,运用FLAC3D软件及GEO-Slope软件,采用极限平衡理论方法进行数值模拟计算分析露天边坡稳定性。研究结果表明:赋存采空区状态下,采空区周围拉应力已达到283 kPa,在一定范围内会影响岩体稳定性;通过采空区位移变形规律发现,局部移动变形较为明显,但矿山露天边坡没有发生整体移动变形;典型剖面A-A及剖面B-B极限平衡安全系数Fs均大于临界值1.2,边坡处于稳定状态,符合安全要求。按照现有设计方案,随着露天矿开采的深入,采空区群对边坡稳定性影响较小。

公路隧道穿越采空区群稳定性分析及加固措施研究

煤层采空区群受地层岩性、开采工艺和时间效应等影响,具有隐蔽性强、规律性差、岩体软弱和空间变异性等特点,若处置不当,将对隧道施工安全产生严重威胁。采用现场调查、物探和钻探法综合确定采空区群的空间形态。采用MIDAS/GTS NX有限元软件建立隧道穿越煤层采空区群三维实体模型,针对采空区群的特点、采空区类型及加固措施的可行性,研究隧道穿越采空区群未加固和加固后的围岩位移、塑性区变化规律及稳定状态,分析不同类型采空区加固措施对隧道稳定性的改善效果,提出采空区围岩的加固方法,并对其进行现场验证。

露天采场邻近边坡下空区群稳定性分析及其治理

为研究朝凯煤业南部空区对上部边坡的影响,利用Ansys进行数值计算,采用强度折减法得到边坡安全系数和相应破坏类型,提出“采空区顶板崩落+坡脚位移监测”综合治理方案。研究结果表明:治理前部分空区存在局部应力集中,采用综合治理方案后2^(#)煤层和边坡坡角拉应力分布范围和拉应力值减小,12个月后边坡位移量趋于稳定。

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。

群采空区下浅部岩爆诱发机制研究

针对玲珑金矿西山坑口131号矿脉-50中段花岗岩的浅部岩爆灾害,进行了现场勘察以及地质调查,发现岩爆发生区域上部存在大量未处理的群采空区。采取样本进行了室内倾向性试验,发现该区域花岗岩具有中等至强岩爆倾向性。依据调查所得地质资料和矿山生产资料进行了矿山三维可视化建模并进行了地应力计算,分析岩爆发生区域的应力状态。依据计算分析并圈出了潜在岩爆地质灾害的区域,提出了群采空区下浅部岩爆的诱发机制及防护建议。

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。

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。

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。

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。

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。