柿树底金矿高阶段大跨度老旧隐蔽采空区安全治理实践

目的:复杂老旧隐蔽采空区的治理一直是空场法开采矿山面临的重大难题。柿树底金矿为了解决大面积、多中段、已塌陷老旧隐蔽采空区的安全治理问题。方法:通过采空区禀赋特征调查,开展了高阶段大跨度塌陷采空区似膏体非胶结充填治理技术研究与工程应用实践。结果:采用非胶结全尾砂充填治理采空区,消除了老旧隐蔽采空区的安全隐患、防止了地表的继续沉降和塌陷、避免了大规模地压灾害事故。结论:非胶结全尾砂充填治理采空区研究对于减少矿山运营成本、实现矿山固废零排放具有巨大的经济与社会效益,为国内广大空场法开采矿山的采空区治理提供了借鉴。

对综放开放采空区煤炭自燃防治技术的研究

在当今社会经济快速发展的新形势下,煤炭作为重要能源仍旧占据着主导地位,随着开采过程中资源开采深度的增加,尤其是在各种复杂环境条件下,煤炭自燃等矿井灾害问题日益突出。煤炭自燃是煤矿开采过程中的一种严重安全隐患,特别是在综放开放采空区,由于空间大、通风条件差,煤炭自燃的风险更高,这也使综放开放采空区煤炭自燃成为代表性的问题,严重影响了采煤效率及矿井安全生产,因此开展针对此类问题的深入研究具有重要的现实意义。聚焦于综放开放采空区煤炭自燃问题,可有针对性地提出完整的应对方案,希望通过采用综防技术在根本上有效控制和预防井下自燃现象的发生,为矿业生产保驾护航。

周边火区影响下房采区下伏煤层工作面CO超限治理技术研究

为解决隆岩煤矿房采区下伏煤层工作面CO超限的问题,综合分析了周边火区蔓延及上覆房采区有毒有害气体的影响,提出了隐患区域露天开挖剥离、地面钻孔注浆封堵上下采空区裂隙、注氮惰化上覆房采区以及工作面均压通风抑制CO涌出的综合治理措施。治理结果表明,通过CO超限综合治理措施,有效阻断了周边火区的蔓延,解决了工作面CO超限问题,保证了工作面的安全回采。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

Study on numerical simulation of spontaneous combustion prevention mechanism by nitrogen injection in goaf

Based on heterogeneous and porous medium seepage of air leakage-diffusionequation, as well as, gas and porous medium synthesis heat transferring equation, aspontaneous combustion non-steady numerical model of nitrogen injection goaf was established, which can be solved by upwind finite element numerical simulation method simultaneously. Taking the working face for example; air leakage seepage, nitrogen flow and gas distribution can be described in visual display in nitrogen injection goaf and the oxygen (O_2), carbon monoxide (CO) concentration and temperature distribution, as well as, their change were described in theory during the coal left behind combustion in goaf, which above reveals the complex mechanics course (mechanism) of seepage, diffusion and oxidation heat releasing during coal spontaneous combustion and its restraining. During the calculation, the effect factors of gas springing out and working face advancing were considered fully, and the spontaneous combustion course under different amount of trogen injection was simulated. The conclusions were obtained that under nitrogen injection condition, the high spontaneous combustion temperature area lean to the inlet air, but the shape becomes narrower, with the amount of nitrogen rising, the spontaneous combustion period becomes longer till to it does not happen. Meanwhile the nitrogen injection accelerates gas springing out in goaf. The result that turns out in theory simulation fits to practical nitrogen injection.

复杂隐伏空区群露天坑尾砂胶结充填方案

为了解决复杂隐伏采空区群露天坑地质环境亟需治理修复与矿山尾矿库逐年容量减小、尾矿排放困难的现实难题,以大冶大红山矿为例,首先对露天坑底隐伏采空群进行综合探测,制定采空区安全治理措施;然后重点围绕露天坑尾砂充填方案和充填体强度参数进行综合论证,提出采用全尾砂胶结充填技术方案,从安全性和经济性角度综合分析,构建了露天坑不同高度范围充填体强度结构模型,为类似矿山开展复杂隐伏空区群露天坑尾矿充填生态治理提供参考。

首山一矿采空区地面高效抽采煤系气井优化设计

以平顶山矿区的首山一矿为研究对象,采用地层综合柱状、采动三带分布特征、气测录井和“O”形圈理论相结合的方法,对采空区地面抽采井的井位、层位、井身结构、抽采工艺等进行了优化设计,并对其抽采效果进行了评价。结果表明:由“三开结构”代替传统的“二开结构”,有效防止了含水层水向钻井中的漏渗,保证了产气通道的畅通性;延长了“三开筛管层段”,实现了煤系“多气源”的高效抽采;加大抽采管径并实施分级负压抽采,减小了抽采管路摩阻,提高了抽采效率。截至2022年11月底,气井平均日抽采量、甲烷浓度和累计抽采量分别为7 210 m^(3)/d、69.55%和375万m^(3),日产气量持续保持稳定。优化的首山一矿采空区高效抽采煤系气井关键环节,为类似地质条件矿井采空区地面抽采提供了借鉴和指导。

基于高密度电阻率法的多层采空区探测研究

针对露天金属矿山在规模化开发利用中遇到的多层充水型采空区精准探测的技术难题,选取鞍山-本溪地区某典型的BIF型深凹露天铁矿为对象,以识别其内发育的多层充水型采空区异常为出发点,以多层充水型采空区的地球物理特征为依据,采用高密度电阻率法为探测技术手段,选用抗干扰能力较强的温纳装置,在露天铁矿+128 m采矿平台开展探测应用研究。研究成果表明:高密度电阻率法识别出了2处由采空区引起的地球物理异常,根据工程资料,其异常埋深分别在10~30 m和21~43 m之间,并确定为充水型采空区;高密度电阻率法对一定深度空间内的多层充水型采空区引起的异常具有较好的识别精度,对采空区顶板的裂隙发育程度也具有较好的识别效果。

爆炸荷载作用下不同形式采空区损伤模式研究

鞍钢露天矿山既有采空区形态复杂,为研究采空区形态对爆炸荷载的响应差异,分析损伤破坏模式,基于相似原理制备了长方体、三棱柱体等两种预置空区模型试件,进行爆炸试验,并采用三维数字图像方法(3D-DIC)记录爆炸过程中试件的破坏演化情况。结果表明:试件预置空区形态对爆炸荷载的响应特征有明显影响,长方体空区破坏程度远小于三棱柱体空区;根据应变变化,裂纹向周边区域扩展时,该区域应变增大;裂纹贯通趋向关键点在空区结构的尖点部位附近;空区的尖点结构数量越多,受爆炸荷载作用时越容易失稳破坏。试验结果可为露天矿山中采空区的爆破处理方案优化提供参考。

露天矿采空区综合治理研究

露天煤矿煤层开采过程中常遇到采空区,且采空区范围广,开采难度较大。文章结合相关露天矿采空区治理经验,通过超前钻孔探测采空区的区域分布,确定安全系数后,再利用剥离法,当露天开采至采空区上部时,在最后一个台阶上采用加强松动爆破采空区顶板,以填充采空区。经实践治理,采空区稳定性良好,可为此类露天煤矿采空区爆破处理技术应用提供参考。

上房沟露天钼矿采空区爆破技术分析

由于水文地质或原井工开采改为露天开采等原因,导致许多矿山在露天开采区域内存在很多无法确定的溶洞、采空区、陷落柱等,给露天矿的安全生产带来了极大的威胁。为消除上房沟露天矿前期无序地下民采所形成的采空区给正常开采带来的危害,从采空区成因切入,对采空区爆破穿透孔进行探测以及预处理。结合上房沟露天矿现有的生产技术条件,选择深孔爆破崩落法处理采空区的方案,并对注意事项及具体方法进行了探讨,进一步总结完善采空区的爆破方法和施工技术。

露天矿山采空区高效治理技术研究

采空区的治理历来是露天矿山安全生产重点、难点,利用采空区作为爆破补偿空间,发挥其多向自由面优势。对浅埋采空区通过顶部强制崩落,侧向抛掷爆破等进行多向充填。对深埋采空区,采用露天深孔爆破与地下VCR法协同爆破,提高爆破质量及散体流动性及采空区充填体稳定性。实践表明,采用一次性采空区爆破充填,可大幅减小后期人工充填工程量和场平工程量,有效降低工程成本和对矿山生产组织的干扰,为后续穿爆、采装工序创造良好的生产条件。

中等构造浅埋深煤层露天矿采空区瞬变电磁法探测

为探明黑岱沟露天煤矿中等构造程度浅埋深煤层采空区的发育情况,采用瞬变电磁法,通过对数据的电磁干扰压制及校正、反演计算,确定了目标区域的视电阻率;基于视电阻率的变化规律并结合钻探验证,对疑似采空区进行了研究与分析,分析了研究区出现低阻异常区及局部空洞的原因。结果表明:瞬变电磁法结合钻探验证探测煤矿采空区的效果较为显著,为今后煤矿同等地质条件下采空区探测工作提供了一定的技术参考。

近距离采空区下切眼全断面全锚支护技术研究

为了解决传统支护方法存在的工艺复杂、材料消耗极大、职工劳动强度大等问题,马兰矿根据实际情况,拟在12706切眼0~150 m段实施全断面全锚支护。研究表明,全断面全锚支护技术与传统常规施工方法相比,工期缩短了30 d,支护材料投入节省195778元左右,极大地降低了职工的劳动强度。

三维非常规被动源面波勘探在露天矿采空区探测中的应用研究

露天煤矿采空区的常规物探方法易受场地环境、地质条件等的影响,探测效果欠佳。以安家岭露天煤矿为例,通过改进传统的被动源面波勘探方法,采取呈三条平行线展布的检波点阵列记录被动源面波信号,并利用平面波基函数直接扫描不同时间窗口的原始信号,来获取与地下介质有关的面波频散信息,然后反演频散曲线,得到测区的横波速度剖面图,根据剖面图低速特征圈定出采空区范围与边界。通过钻孔验证发现,探测异常与实际采空区吻合,说明该方法在煤矿采空区探测中有效,为今后煤矿采空区的探测提供了指导。

采空区矿柱流变特性对露天矿边坡稳定性的影响研究

为分析采空区矿柱流变特性对露天矿边坡稳定性的影响,以排山楼金矿边坡井工开采为研究对象,建立采空区矿柱–顶板-边坡系统的流变力学模型。采用FLAC3D分析露天矿边坡的长期稳定性,将矿柱视为符合CVISC模型的黏弹塑性体,获得井工开采完成5 a内各时间段边坡内部的应力场、位移场变化规律。预测采空区顶板的冒落时间,并结合露天矿现场实际情况,进行对比分析,验证预测结果的可靠性。研究表明:井工开采刚刚完成时,采空区顶板出现的拉应力将不超过其抗拉强度,不会导致顶板冒落;随着矿柱流变效应的发展,边坡内拉应力和变形量也随之增加,开采完成4.5 a后,采空区顶板出现局部冒落现象,这时宜对采空区进行充填,以保证边坡的稳定性。

露天多金属矿山地下采空区综合探测分析

由于地采转露采多金属矿山的地质条件复杂性和单一物探或者钻探方法的自身局限性,往往难以有效探测露天采场下的复杂采空区和盲空区,甚至漏探,对露天采矿作业构成较大的安全威胁。因此,针对地采转露采多金属矿山,通过物探和钻探手段进行多层次、多手段的采空区综合探测分析,即通过综合物探锁定空区范围,工程钻探核实空区位置,三维扫描探明空区参数,确保不漏探采空区,并能够探明复杂采空区和盲空区。实践证明,该综合探测分析方法可对多金属矿复杂采空区和盲空区进行较系统和全面的分析,为后续崩落爆破处理奠定基础,从而达到安全开采隐患资源的目的。

露天开采下伏采空区顶板控制研究

以柿竹园多金属矿490矿区为工程背景,采用数理分析方法,推导出露天开采下伏采空区稳定的顶板极限厚度公式,并用FLAC3D软件及现场数据对公式结果进行验证。结果表明:采空区顶板竖直方向主要受剪切应力影响,水平方向主要受侧向围岩拉、压应力影响;随着露天采剥作业的进行,采空区主要竖向应变方向由散体沉降导致的向下位移发展成为由散体内部向临空面方向;当开挖超过顶板极限厚度,顶板自身强度无法继续抗衡两侧围岩产生的应力,应力应变变化速率迅速增大,顶板失稳;通过与现场数据进行比较,证明数理分析得出的顶板极限厚度公式是合理的。

地下转露天矿山复杂采空区探测工程实践

在地下转露天矿山开采过程中,露天境界内存在的各种复杂采空区对矿山的安全生产造成严重的威胁。通过现场勘察和文献资料分析总结了各种复杂采空区的组成,并按照其成因、形态等特征因素对其进行合理分类,归纳出规划开采形成的采空区、古代开采和非法盗采形成的采空区、充填不充分或充填体沉降形成的采空区以及二次垮塌形成的采空区4种类型。同时结合工程现场实例介绍了利用GPR法对地下转露天开采矿山境界内典型的浅地表复杂采空区进行探测的原理和技术方法,包括现场数据采集、后期数据一体化实时处理和资料可视化解译分析。结果表明,利用GPR法探测地下转露天开采过程中赋存的复杂采空区方便快捷且探测效果明显,值得在相关领域应用推广。

某矿采空区胶结充填方案研究

针对某露天转地下矿采空区复杂的工程地质条件,利用正交试验对采空区以及露天采坑充填方案进行设计,通过对各充填方案稳定性分析以及经济比较,给出了采空区以及露天采坑最终充填方案,探明了充填方案对三期开采的影响,对复杂工程地质条件下的采空区胶结充填具有指导性的作用。