露天地下楔形转接过渡诱导冒落控制边坡岩移危害技术研究

露天地下楔形转接过渡模式的安全管控是利用崩落法开采挂帮矿形成的塌陷坑阻止边坡岩移威胁露天采场,但地采扰动下的高陡边坡破坏过程不易控制,因而制约了楔形转接过渡模式在大型深凹露天矿山中的应用。针对上述问题,结合极限平衡分析方法,揭示出崩落法开采扰动下的高陡边坡渐进破坏规律,提出了边坡滑移体体积计算方法,以及通过调控回采顺序控制边坡滑移进程以实现塌陷坑完全承接边坡滑移体的边坡岩移危害控制技术。研究表明:边坡岩体不会随挂帮矿向下开采而发生持续破坏,只有当挂帮矿开采至关键分段时,边坡岩体受力状态超过极限平衡状态才发生滑移破坏,可通过滞后回采关键分段上盘三角矿延缓边坡滑移,以及通过滞后回采关键分段下盘矿体和采用下向阶梯状回采工作面增大塌陷坑容积,最终实现塌陷坑有序承接边坡滑移体。研究成果完善了大型深凹露天矿楔形转接过渡的安全管控方法,提高了楔形转接过渡模式的适用性。

基于诱导冒落开采的强制崩落区范围确定方法

强制崩落区范围是否合理对诱导冒落法的冒落范围、过程及矿石回收影响重大。为此,以急倾斜破碎中厚矿体诱导冒落法开采条件为工程背景,采用数值模拟的方法,在确定崩落区采幅、高度及开采方式的前提下,构建动态开采模型,分析不同崩落区开采范围、埋藏深度条件下的诱导冒落矿体的致冒机理,形成强制崩落区确定方法。研究结果表明:结合崩落形状、应力分布状态和岩体破坏情况可有效确定强制崩落区,以及特定条件下强制崩落区范围最优形式;增加崩落隅角改变强制崩落区范围,能够有效地提高诱导矿层冒落能力;近崩落区位置存在复杂应力分布状态,崩落区顶板的垂直应力及水平应力的常值受深度影响呈现规律性阶梯型增长。研究结果可为诱导冒落采矿工程提供理论支撑。

论诱导冒落与自然崩落

金属矿山地下开采中能耗的30%~60%与岩体破碎有关,因此,诱导地压自行破岩逐渐成为矿业届研究的热点。诱导冒落法和自然崩落法是目前最具代表性的利用诱导破岩的采矿方法。介绍了两者的发展现状和工艺特点,分析了诱导破岩机理和诱导破岩方法称谓的合理性,揭示了采准工程量大、开采风险高的工艺特点和认知程度低及理论研究不深入是诱导破岩采矿法得不到推广应用的主要原因,并指出诱导条件下矿岩时空演化规律、出矿管理对冒落速度和冒落部位的调控作用、冒落块度的控制技术以及丰富多元化的研究手段是发展诱导冒落法亟需解决的关键问题。对解决诱导冒落法目前存在的问题、完善诱导破岩理论,具有重要指引作用。

诱导冒落技术在空区处理中的应用

桃冲铁矿0 m采空区位于矿体的中部,为一不规则的民采空区,严重影响着矿山生产的安全和保有矿量的正常开采。根据空区的位置、形态与围岩的稳固性,采用诱导冒落技术处理采空区,使被空区破坏矿量全部得到设计回采;同时利用钻孔超前探测技术与分两步骤贯通工艺,保证了采准工程的施工安全,取得了良好的实用效果。

书记沟铁矿相邻空区诱导冒落技术研究

本文针对书记沟铁矿两个形状不规则的相邻中型采空区条件,在空区围岩可冒性分析的基础上,研究提出在散体垫层防护下、崩落两空区之间岩柱、将相邻两空区连为一体进行诱导冒落的采空区处理方案,与原强制崩落顶板围岩方案相比,不仅处理费用低,而且施工安全条件好,实施后取得了空区处理不影响生产、空区大冒落零事故的良好效果。

诱导冒落法处理时采空区散体垫层的安全厚度

采用诱导冒落方法处理采空区是一种新型的采空区处理方法。但该方法需要用散体垫层隔离回采工作面与采空区的空间联系,防止冲击气浪危害。通过总结应用散体垫层防止冲击气浪危害的矿山成功经验,得出散体垫层最小厚度的计算公式。根据书记沟铁矿2#井田4个中型采空区的实际情况,利用所总结的确定散体垫层厚度的经验公式对4个采空区所需散体垫层厚度分别进行计算,并有针对性地提出了防治气浪冲击危害的具体技术措施。方案实施效果充分证明了所给出的散体垫层厚度及相应技术措施是有效的。

诱导冒落技术及其在北洺河铁矿的应用

无底柱分段崩落法按分段连续回采,当回采面积足够大时,完全可以利用第一分段的连续采空区诱导上部矿岩安全冒落。北洺河铁矿应用这一技术形成诱导冒落与强制崩落相结合的无底柱高效采矿工艺,创造了投产19个月达产的国内最好纪录。

基于诱导冒落开采模型的相似材料配比试验研究

依据大石桥大岭西山菱镁矿的开采现状,以模型试验相似理论为基础,应用正交试验设计法,设计了基于砂胶比、石膏与水泥质量比、松香酒精溶液占河砂百分比的3因素5水平材料配比方案模拟菱镁矿石,对不同材料配比方案的试件进行了力学参数测试,确定了一种能模拟菱镁矿石的最佳材料配比方案。采用极差分析法分析了各个因素对试件力学参数影响的主次关系,发现影响试件强度参数的主要因素是松香酒精溶液占河砂的百分比,影响试件变形参数的主要因素是砂胶比。绘制了各因素对试件力学参数影响的直观分析图,分析了各因素对试件力学参数的影响趋势。

多空区层状矿体诱导冒落机理及拉底方案优选

基于诱导冒落法提出了多空区层状矿体的回采方案,使用3DEC软件对诱导冒落机理及规律进行了研究.同时设计了4种不同退采顺序的拉底方案,并对其冒落效果进行了模拟.结果表明,矿柱尺寸越小、周边空区数量越多,矿柱越容易因应力集中而产生裂纹,当其裂纹与矿体层理面贯通时矿体便会冒落;当把拉底工程布置在最易破坏的矿柱下方并以其为中心向四周不断扩大拉底面积时,能够使矿体在最短时间内发生持续、稳定的冒落,从而可实现多空区矿体的安全高效回采.

上盘矿柱诱导冒落回收力学分析

针对缓倾斜、中厚矿体高效开采方法研究中,上盘岩体含水、破碎,回采爆破易造成该岩体损伤、破坏而导致贫化过早,涌水量增大,矿石结块,放矿困难等问题,提出预留上盘矿柱,减缓爆破震动对上盘围岩损伤;同时在下分段布置诱导炮孔,破坏残留区域根基,诱导预留矿柱冒落,达到回收矿柱的目的.采用Flac3d对回采过程中预留矿柱的应力、位移、塑性区等扩展、发育过程中力学机制进行模拟分析,反演了回采过程中预留矿柱对减缓上盘岩层破坏力学过程,得出在分段上盘预留2 m厚的三角保护矿柱,可有效地控制塑性区的发展,有利于维持上盘的稳定性,且在下分段拉槽时,进行诱导崩落,可以将该矿柱完全回收.

岩体诱导冒落的数值模拟

采用RFPA分析软件,针对不同回采深度、不同节理分布,并考虑彼此综合作用,模拟了采场顶板的冒落过程.结果表明,采场顶板冒落轨迹近似拱形抛物线,冒落高度大约为开挖推进跨度的40%~60%.通过对比分析,得到以下结论：侧压力越大,开挖步距越大,则冒落高度越小;深埋高应力岩体冒落区形状由抛物线渐变为层状;水平节理岩体的冒落形状由抛物线形渐变成马鞍形;竖向节理冒落呈尖塔形.研究对实现低成本高效率开采、消除地下安全隐患、科学诱导采空区冒落具有理论和工程价值.

大面积胶结充填体诱导冒落机理及其发展过程研究

在龙首矿西二采区无底柱分段崩落法采场形成覆盖层的过程中,掌握顶板胶结充填体的冒落机理及其发展过程,对于覆盖层的顺利形成及采矿安全具有重要意义。研究提出了人工诱导顶板大面积胶结充填体冒落形成覆盖层的技术方案,并在该方案实施过程中采用微震监测技术对胶结充填体的冒落过程进行了监测。研究结果表明:胶结充填体的破裂事件主要发生在1610~1630 m水平之间,其破坏机理主要划分为3种模式:一是崩落法采动压力集中在采空区后方20~45 m范围内造成的充填体压裂破坏;二是采空区边缘处剪应力集中造成的充填体岩梁剪切破坏;三是采空区顶板中央位置发生的充填体下沉弯曲拉伸破坏。理论计算结果表明:顶板胶结充填体以散体形式发生冒落的高度约为14 m。现场出矿跟踪过程中观察到冒落的胶结充填体块度在0.6~2.0 m之间。综合各项研究结果可知:在首采分段回采过程中实现了顶板胶结充填体的安全诱导冒落,形成了由预留矿石层和冒落胶结充填体构成的总厚度约为30 m的散体覆盖层,满足无底柱分段崩落法安全生产的需求。

和睦山铁矿诱导冒落采矿方法

结合和睦山铁矿矿体赋存条件及松软破碎的特性,提出了上、下工作面协同推进的诱导冒落采矿方法。结果表明,该方法能够对和睦山铁矿的破碎倾斜难采矿体进行正常开采,取得了良好回采指标,实现了安全高效开采。

诱导冒落的声发射特性研究

采用RFPA软件,模拟不同应力场、不同节理分布的岩体冒落过程中声发射特征.研究表明:水平节理顶板声发射集中分布于采场上拱角处;竖向节理顶板声发射沿着竖向损伤破坏面和剪切破坏面分布;共轭节理顶板声发射沿着空区与水平面呈45°+φ/2方向,位于节理端部;高应力岩体声发射沿着采场竖墙发生,声发射沿着冒落拱形迹线分布.冒落过程声发射的能量变化分为两个阶段,第一阶段为平稳阶段,第二阶段为突变阶段,结果表明突变阶段的能量变化率为第一阶段的5倍以上时,可作为顶板冒落的判据,为工程预测塌陷及冒落提供指导.

急倾斜破碎中厚矿体诱导冒落法进路位置实验研究

针对急倾斜破碎中厚矿体,依据沿脉进路诱导冒落法开采方案,通过物理模拟实验,采用回收率、贫化率数量指标和经济指标综合分析方法,研究了沿脉回采进路位置与矿体倾角的关系.实验结果表明:采用上、下分段沿脉进路同时处于最佳位置时的布置方式,回收指标较好;矿体倾角不同,进路至下盘距离与矿体厚度的比值对回收率、贫化率的影响程度不同;回采进路所处的最佳位置随矿体倾角的减小逐渐向矿体下盘移动;当矿体倾角小于75°时,不适合应用该方案.结合实验结果与开采条件,确定了最佳回采进路位置,为同类矿山提供借鉴.

基于SURPAC的诱导冒落开采爆破参数优化

柏杖子金矿100-9#矿体在实行诱导冒落开采方案之后,由于传统中深孔爆破设计方式不能很好地适应100-9#矿体较大的形态变化,造成爆破效果差和矿石贫化大等问题。为了很好地控制爆破的矿岩边界,减少废石的混入,优化爆破效果,研究利用SURPAC建立了菱形矿房实体,用菱形矿房控制爆破的矿岩边界,将矿岩边界转化为爆破矿房边界,有效地实现对爆破矿岩边界的控制。利用获取的各进路的菱形矿房实体,进行了中深孔爆破设计,用矿房边界控制炮孔的设计,从而避免围岩崩落而引起的矿石贫化。应用分析结果表明:利用SURPAC对爆破参数进行优化能有效地控制矿岩边界,达到优化爆破效果目的。

具有深凹特征的改进挂帮矿诱导冒落开采方法

大孤山铁矿为大型深凹露天铁矿山,在露天转地下过渡期中,采用诱导冒落法开采挂帮矿的新型露天转地下过渡模式.对大孤山铁矿现存挂帮矿进行三维建模分析,依据过渡模式的露天地下协同开采的安全要求,选择南帮挂帮矿作为过渡期第一阶段露天地下协同开采区域,通过采用合理的回采顺序控制边坡上塌陷坑范围和塌陷坑容积,使滑移体全部滑入塌陷坑.开采东帮挂帮矿为露天转地下第二阶段,利用露天原有运输系统迅速提高地下产能,并采用合理方式控制东帮边坡滑移岩体.最后采用该方法对大孤山铁矿露天转地下进行方案设计和验证.

梅山铁矿东南区破碎采场诱导冒落回采试验

梅山铁矿东南区破碎采场节理裂隙发育,矿岩稳固性较差,矿石回收率低,存在大量残矿。为了充分回收上部分段残矿,开展了诱导冒落回采试验研究。根据该区域的结构面调查和稳定性分级,-303和-318 m分段矿体稳定性分级处于不稳定-极不稳定范围,易冒落。基于拱形冒落的原理,分析了顶板围岩的受力状态,计算出引起回采空间顶板岩体破坏的持续冒落跨度为34.2 m。由此设计了诱导冒落法两步骤回采方式,先进行-303 m分段岩体诱导冒落,后进行-318 m分段冒落矿石的回收。为了减小炮孔的破坏程度,缩短-318 m分段回收分段炮孔的长度。设计在-303 m分段S5~S8正常回采进路中间补打加密进路。根据矿石的流动规律和残矿的空间位置,设计将-318 m分段S7和S8进路作为主堑沟回收巷道,S6和S9作为辅助回收巷道。根据现场回采试验,-303 m分段S5和S6进路视在回采率分别达到了151.18%和193.97%;-318 m分段S7和S8进路视在回采率分别达到了129.15%和134.05%,成效显著。

诱导冒落拉槽方法及在软破矿体中的应用

拉切割槽是为回采工作提供补偿空间的重要工序,总结了无底柱分段崩落法中常用拉槽方法的工艺特点和适用条件,针对某金矿切割巷道顶板软弱破碎的特点,提出克服难于施工上向孔的困难,利用钻凿倾斜扩帮炮孔增加顶板暴露面积诱导矿体冒落的拉槽方法,并在应用中收到了较好的效果,对类似矿山具有借鉴作用。

梅山铁矿诱导冒落试验采场安全性分析及防治措施

梅山铁矿L3-4 S6-S9区域处于矿岩交接处,节理裂隙发育,矿岩稳固性较差。该部位上部分段的回采一直存在困难,大量矿石未充分回收,留存于采场内。为了顺利完成该矿岩交接部位的回采工作,以及充分回收上部分段部分残留矿量,梅山铁矿进行了诱导冒落回采技术试验,分析了覆岩冒落冲击和巷道失稳破坏2个危险源,确定了巷道失稳破坏为主要安全隐患;通过FLAC3D模拟分析,发现在加密巷道上方存在大量塑性破坏,根据矿山现有条件及以往支护经验,设计了喷锚网联合支护方案,对于试验采场破碎严重和使用周期较长的巷道,也采用喷锚网联合支护,并对-318 m分段进行分区支护,支护措施能够较好地解决巷道失稳问题。