毛坪铅锌矿采场热环境影响因素研究

矿井热害是矿井深部开采面临的重要问题。以毛坪铅锌矿为工程案例,采用现场测试与数值模拟相结合的方法,研究了不同热源对深部矿井采场热环境的影响。基于现场实测的采场地温梯度与热环境参数,构建了毛坪铅锌矿采场物理模型,采用COMSOL软件分析了较低地温条件下风流温度、人体热源、机电设备以及充填体四种热源对采场及围岩温度的影响,并通过现场温度测量数据对数值计算结果进行验证。结果表明:毛坪铅锌矿目前开采水平地温为21.60℃,地温梯度为1.66℃/hm;灰砂比是影响充填体放热的重要因素,充填体产生的热量不仅会借助风流直接传至采场,还能通过围岩传导至巷道壁面,造成采场温度升高;地温对采场温度影响较大,采场温度随着地温的增大呈线性增加;毛坪铅锌矿中各个热源对采场环境的影响程度不同,其中风流能显著提高采场温度,充填体和机电设备次之,人体热源对采场温度的影响最小。

基于Bayes算法与数值模拟的缓倾斜破碎薄矿体采矿方法优选

为实现某锰矿顶板破碎低品位缓倾斜薄矿体安全高效经济开采,首先根据开采条件设计出5种技术可行的采矿方法,然后基于贝叶斯(Bayes)和蒙特卡洛(Monte Carlo)方法建立涵盖技术和经济共17项评价指标的采矿方法优选体系进行采矿方法优选。研究结果表明,浅孔进路V型掏槽后退/前进采矿法、中深孔进路V型掏槽/平行抛掷采矿法和浅孔接钎头斜向掏槽采矿法的综合得分依次为0.524、0.193、0.214、0.228和0.221,浅孔进路V型掏槽后退采矿法最优。最后采用MIDAS数值模拟对优选出的采矿方法的4种不同跨度采场的稳定性进行分析,其采场跨度12 m时可在采场稳定性和矿石回收率之间取得较好平衡。综合考虑技术、经济和安全指标的采矿方法及采场结构参数优化思路,可为该矿山选出安全高效采矿方案,并可供类似矿山参考借鉴。

基于正交设计的大比例模型采场煤体相似材料配比试验研究

针对传统模型材料难以满足大比例模型采场材料需求,结合大比例模型相似模拟试验特点及相似理论,以陶粒、河沙、粉煤、水泥和石膏为原料,设计正交试验,测试试件的物理力学等参数。结果表明:大比例模型采场材料基本特征为低容重、高强度。煤体材料密度随陶粒/骨料比值的增大而减小,抗压强度和抗拉强度随陶粒/骨料、水膏比的增大而减小,随水胶比的增大而增大,弹性模量、黏聚力和内摩擦角随陶粒/骨料和骨胶比的增大而减小。通过多元线性回归分析反算大比例模型采场煤体相似材料配比模型,并通过试验得到不同尺寸试件各试验指标误差在20%内波动,证实了该配比模型的可靠性。

采场全生命周期的矿压危害事件知识图谱表示方法研究

知识图谱是认知智能研究不可或缺的组成部分。针对采场矿压危害事件传统分析方法对煤矿开采过程中应力时空演化过程及隐患演化与风险防控关系等表达存在不足的问题,本文基于采场全生命周期提出一种采场矿压危害事件知识图谱表示方法:首先,从地质灾害的角度,分析采场应力及分布的动态特性,对矿压地质灾害中的各节点进行动态关联,提出顾及时空过程的采场矿压地质灾害知识图谱表示方法。其次,从事故的角度,分析采场矿压事故隐患演化与风险防控过程,将隐患耦合演化与防治措施融入知识图谱表示模型中。最后,运用Neo4j构建矿压危害事件知识图谱。结果表明:依据该表示方法构建的知识图谱,不仅刻画了灾害事件中不同对象的时空演化过程,还描述了隐患耦合演化过程以及对应的风险防控措施,为采场矿压危害的防治提供了智能研究途径。

基于最优组合权重的GRA-TOPSIS地下采场爆破方案优选模型

从经济技术、人员设备安全及爆破质量参数等3个方面综合考虑,选取15项二级指标作为影响采场爆破效果的评判标准,将AHP法与熵权法相结合进行赋权以确定最优权重,并将优劣解距离法(TOPSIS)与灰色关联法(GRA)相结合,构建GRA-TOPSIS综合评价模型。以某铜矿为例,初选5种爆破方案,根据评价指标对各爆破方案进行定量分析,得出其综合优越度,进而确定最优爆破方案。研究结果表明,5种爆破方案综合优越度分别为58.5%、62.0%、35.0%、68.7%、32.8%,即最优爆破方案为倾斜掏槽、80°倾斜崩矿。经矿山实践验证,评价结果与实际爆破效果吻合,表明将该模型用于采场爆破方案优选是可行的。

复杂应力环境下胶结充填采矿法进路开采顺序优化

针对复杂应力环境下胶结充填采矿法进路开采顺序合理性问题,以金川二矿区为例,借助数值仿真软件构建三维数值模型,对不同进路开采顺序下应力场、位移场及塑性破坏区进行分析;在此基础上,采用组合赋权与模糊综合评价相结合的方法对进路开采顺序优化,并开展现场工业试验。结果表明:不同走向进路开采顺序和进路开采空间顺序均对开采区域最大主应力、最大拉应力、垂直位移、塑性破坏区以及临近下一采场最大主应力、垂直位移有一定程度影响;采用下盘至上盘、先开采垂直矿体走向进路的开采顺序时,采场整体开采安全性高,且现场试验效果良好。研究结果可为复杂应力环境下胶结充填采矿法进路开采顺序设计与优化提供理论依据。

地下矿山新型浮箱式膏体充填接顶技术研究及应用

膏体充填后充填体存在一定下沉量和自流坡度角,导致充填接顶效果不佳的问题。为了提升窄长形下向进路式采场的充填接顶效果,避免顶板暴露面积过大而失稳,提出浮箱式点柱接顶技术。分析了浮箱式点柱的承载机理,量化了浮箱尺寸、强度和排间距计算方法。开展现场实验,探究浮箱在高黏度料浆中能否浮起问题。结合该技术在云南某铅锌矿的应用实例,验证了本文提出的设计方法和接顶技术的有效性。结果表明:浮箱可在高黏度料浆中浮起,且部分凸出充填体,对顶板形成有效支撑。采用该技术的实验采场顶板对充填体浮箱的压力约为0.65 MPa。采用浮箱式点柱接顶技术可以形成充填体-浮箱式点柱共同支护体系,提升顶板稳定性,具有显著的安全效益。

大冶铁矿高阶段并段开采结构参数稳定性研究

目的:针对大冶铁矿随着采深的降低矿石储量逐渐减小的问题,将-450 m中段及-540 m中段进行并段开采是解决深部开采开拓工程量大、投资高的有效途径,充填法高阶段并段开采的可行性和安全性都有待进行探索及研究。为保证大冶铁矿高阶段并段开采安全高效进行,基于工程地质条件和岩体质量分级结果,开展了大冶铁矿采场高阶段并段开采结构参数优化研究。方法:基于Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算方法,引入矿岩质量指标,分析矿山各个巷道开采安全要求和断面尺寸,合理确定相应的采场结构参数,计算得到采场最大允许安全跨度。针对高阶段并段开采扰动对上覆岩层的影响,利用FLAC 3D有限元模拟软件对采场高度为105、120、135 m三种方案分别进行了数值模拟研究,得到了不同开采方案下采场顶底板位移变化值和应力分布规律。结果:当阶段高度不超过120 m时,最大位移出现在顶底板中部且变形较小,出现塑性破坏区较少,能保证矿山安全开采。当采场高度达到135 m时,充填体两侧出现拉应力,采场两侧充填体位移量较大,超过采场稳定性。结论:1)结合“Q系统岩体分级的采场最大无支护跨度计算”方法,综合考虑岩体完整性、节理特征、地下水和地应力等因素的影响,确定大冶铁矿高阶段并段开采极限跨度为20 m。2)基于FLAC 3D数值模拟软件,针对三种采场阶段高度一步骤和二步骤回采前后应力场、位移场和塑性区对比分析,确定采场高度不宜超过120 m。意义:研究结果以期为大冶铁矿高阶段并段安全开采合理的采场结构参数优化提供依据,并为国内外同类矿山高阶段开采采场结构参数设计提供参考。

顶板支护条件下的切顶工程优化研究及应用

以金厂河ZnV3矿体阶段空场嗣后充填采场顶部切顶条柱稳定性为研究对象,通过分析采场在不同阶段应力状态的分布规律,结合顶板破碎围岩锚固支护的现状,为提升条柱的稳定性,采用理论分析和数值模拟相结合的方法进行研究分析。研究结果表明:切顶联络道两侧交替布置4 m宽凿岩硐室、3 m宽条柱的优化方案,能有效分担应力集中作用对条柱的影响,极大提高了条柱的稳定性;优化方案改变了顶板支护区域,进一步提高了空区后顶板的稳定性。根据研究成果开展了工业试验,验证了优化方案的可行性,对安全生产具有重要意义,可在矿山进行应用。切顶工程的优化,在提高条柱稳定性的情况下,进一步提高了顶板的稳定性,可为类似矿山提供借鉴。

浅埋煤层房采破坏区充填复采技术研究与应用

针对浅埋煤层前期开采遗留的大量房采破坏区严重影响现阶段工作面正常开采的问题,以五家沟煤矿5-1号煤层15301工作面的赋存情况和开采条件为研究背景,采用煤矿探巷机器人和机载三维激光扫描系统,探查出靠近15301辅运巷道三个房采区的情况,对房采破坏区失稳机理进行研究,确定了破坏区支护强度,通过对充填材料不同配比实验,同时结合填充效果的探查结果,提出了安全快速通过充填区技术。研究与实践表明:当破坏区支护强度P_(k)≥2.1 MPa时,可避免房采破坏区失稳;确定了满足五家沟煤矿充填的主体材料为充填料Ⅰ,其中,水泥、粉煤灰掺入比例为3∶7,水灰比为1∶(0.8~1.2);对房采区进行充填后,利用安全快速通过充填区技术,顺利完成了15301工作面房采破坏区充填复采,取得了良好的技术与经济效益,为类似条件下的浅埋煤层开采提供技术借鉴。

神东矿区构建综采工作面三维透视采场技术研究

为实现工作面回采期间矿压与生产管理、保障智慧矿山建设,需要构建三维透视采场。首先,基于实用矿山压力控制理论,建立采场空间结构力学模型,训练一套采场覆岩运动参数推导、支承压力分布规律计算、矿山压力实时监测数据分析与三维采场静态应力与动态应力模拟的算法体系。其次,通过采用二维三维一体化建模的方式构建三维透明地质模型、使用三维建模工具对液压支架等设备进行精细化建模、对采场上覆岩层的运动状态进行专业化建模,体现三维透视采场基本要素的全面性。通过采用三维曲面积分法解析综采液压支架相关数据、采用多目标多因素分级方法分析钻孔应力数据、采用时序序列数据分析其他数据三种方法进行采场实时监测数据分析。最后,以布尔台煤矿42204工作面为工程背景,构建了三维透视采场基本模型。所建立的三维模型能够根据地质信息、钻孔数据、矿压显现等实际情况反映应力场变化,实现采场空间采动应力随工作面推进的展示,为采煤工作面回采期间矿压与生产管理提供技术支撑。

基于深孔延期爆破应力场的边孔距的研究

为解决地下矿房大直径深孔延期爆破导致矿房两侧充填体的破坏问题,需对延期爆破产生的应力场进行研究,以确定合理的边孔距与孔间延期时间。根据应力波传播和衰减规律,确定了产生复杂应力场的前后起爆孔距、延期时间和边孔距。基于矿山实际情况,根据波动学理论分析了两孔延期爆破产生的应力波在被爆岩体和充填体内的叠加,取得了两孔延期爆破的应力场函数解析式,结合Mises准则,确定了在相同孔间距、延期时间的情况下,不同边孔距离的情况下被爆岩体的崩落范围以及充填体的破坏范围。通过LS-DYNA数值模拟软件建立了6个数值模型,模拟不同方案下炸药起爆后,在被爆岩体和充填体内选取应力临界点进行分析,模拟结果表明:边孔距大于裂隙区范围时,不同边孔距对被爆岩体的崩落范围几乎无影响;适当的增大边孔距可以能够有效降低应力波对充填体造成的破坏。最后,对4组爆破参数进行了现场工业试验,得到了优化后的爆破参数为:同侧两孔间距2.0 m,前后起爆孔延期9 ms,边孔距1.8 m。

煤矿采场顶板灾害预警技术研究进展及展望

简述了采场顶板灾害预警技术发展的理论基础,归纳总结了超前段、采场支架、采空区三大类实时监测预警系统,系统梳理了锚杆支护巷道矿压、钻孔应力、电磁辐射、微电流、微震/地音、采场支架阻力、采空区风压等各类在线式监测预警系统的预警原理及测站布置。在此基础上,指出了当前煤矿采场顶板实时监测预警系统存在的不足,并对采场顶板实时监测预警系统的进一步融合发展与体系化应用进行了展望与初步构想:基于各类在线式监测系统的多源信息,实现采场顶板灾害融合预警及矿井灾害预警系统的制度化管理。通过综合分析各类在线式监测预警系统的技术现状,为采场顶板灾害实时预警系统的进一步发展指明方向。

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。

分段空场嗣后充填法人工矿柱多源信息融合稳定性评价模型

针对分段空场嗣后充填法人工矿柱(充填体)稳定性评价指标因素概率分配过程和权重分配中存在的问题,综合考虑工程地质环境、岩体质量、力学响应指标、声发射参数特征和几何形态5类信息源的影响,建立了涵盖17项稳定性影响因素的人工矿柱(充填体)稳定性多源信息评价指标体系,并基于此确立了人工矿柱(充填体)稳定性D-S证据理论的识别框架及评价指标分级标准。通过引入正态隶属度函数及改进的K-L距离对指标因素概率分配和权重分配进行优化,构建了基于改进D-S证据理论多源信息融合的人工矿柱(充填体)稳定性评价模型。选取某分段空场嗣后充填开采矿山5个典型人工矿柱(充填体)对模型的适用性进行验证,结果表明:多源信息融合稳定性评价等级分别为AP-2、AP-3和AP-5(Ⅱ级)>AP-4(Ⅲ级)>AP-1(Ⅳ级),稳定性评价结果与前期位移、声发射现场监测分析评价和数值模拟分析评价结果基本吻合,验证了评价模型在实际应用中的科学有效性。该模型为人工矿柱(充填体)稳定性分析提供了一种更全面的综合评价方法。

软破矿岩条件下胶结充填法转分段崩落法研究及应用

金川集团龙首矿西二采区上部中段充填采场发生失稳事故后,采矿方法由下向分层进路式胶结充填法转为无底柱分段崩落法时,面临着软破矿岩条件下覆盖层形成和采场稳定性问题。采用数值计算和现场试验等方法,对这2个关键技术问题进行了研究。数值模拟结果表明,随着崩落法首采分段回采工作的进行,采场复合顶板经历了破坏裂纹萌生、零星散块冒落、拱形批量冒落和柱塞状整体冒落等阶段,当首采分段回采结束时,顶板复合岩层冒落能够为崩落法采场提供足够厚度的覆盖层,且在崩落法采动地压下软破矿岩采场能够保持稳定。现场工业试验表明,在崩落法采场首采分段采用“阶梯式退采均匀扩展采空区+总量控制出矿”的技术方案,能够安全、高效地形成覆盖层,并通过增补“钢拱架+钢筋网+锚杆”的技术方案,解决在崩落法采动地压下维持破碎矿岩采场稳定性的问题,为无底柱分段崩落法在西二采区的扩大应用奠定了技术基础。

矿山充填体内预构巷道工艺方法研究

目的:为解决阶段空场嗣后充填采矿法中二步骤矿柱采场开采面临充填体内开挖巷道支护量大、效率低、成本高的问题,实现二步骤矿柱采场出矿巷道快速成型。方法:本文针对国内某铁矿开展了充填体内预构巷道的工艺方法研究,采用调研、理论分析和试验的方法,分析预构载体在采场内的受力,进行预构载体的材料调研,选择橡胶充气芯模作为预构载体,结合矿山井下开采条件对橡胶充气芯模进行改造,设计了预构载体的布置方案,并开展了工业试验。结果:结果表明:采用橡胶充气芯模作为预构载体,一次充填高度不易超过2 m,以避免橡胶充气芯模受到破坏。预构载体的尺寸确定需综合考虑巷道断面参数和预构载体的运输、安装等因素。与钻爆法在充填体内开挖巷道相比,采用橡胶充气芯模预构巷道可将施工效率提高近5倍,施工成本降低44%,并避免了钻爆法对充填体的破坏,降低了支护成本。意义:本文提出利用橡胶充气芯模作为预构载体,在一步骤采场充填前放置在预形成巷道处,待充填体凝固后收缩橡胶芯模而形成巷道,研究成果对国内类似矿山具有借鉴意义。

倾斜薄状铅锌矿体开采方法研究

对倾斜薄状矿体进行开采时,常常会面临采矿方法选择难的问题。某矿区内的铅锌矿体主要赋存于断裂带中,矿区内待开采的矿体属于倾斜薄状矿体。为了开采矿区内的铅锌矿资源,采用平硐+盲斜井的开拓方式,并根据矿区内矿体特征和开采技术条件,确定采用留矿全面采矿法对该铅锌矿进行开采。对留矿全面采矿法的采场矿块结构、采准、切割工程、回采落矿工艺进行了设计。结合相关经济指标,认为该采矿方法能够满足矿山实际生产需求,采用的留矿全面采矿法适合开采矿岩较稳固的倾斜薄状矿体,可为相关铅锌矿体的开采提供参考。

红岭铅锌矿采场结构参数优化研究

为确定红岭铅锌矿分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法的合理采场结构参数,采用数值模拟的方式对顶板厚度分别为3 m、5 m、7 m和10 m,采场长度分别为20 m、30 m、40 m和60 m的16种工况进行了研究,对比了顶板厚度为3 m情况下各工况的应力、位移和塑性区分布。结果表明:红岭铅锌矿分段凿岩阶段空场嗣后充填采矿法采场顶板厚度3 m,采场长度35 m时,采场稳定性较好。

某采场上向水平分层进路充填采矿法结构参数研究

上向水平分层进路充填采矿法采场结构参数越大,回采效率越高,但过大的结构参数使采场稳定性难以保证,该方法采场结构参数优化的重点应集中于进路断面尺寸的优选。通过经数值模拟和Mathews稳定性图解法分析,从经济、合理开采资源方面出发,最终推荐进路断面尺寸。