采空区对地表影响的多维角度分析研究

为了研究确定大浞河铁矿不明采空区对地表的安全影响,消除或控制采空区的危害影响,本文根据矿山前期开采资料、物探结果和钻探结果,基本确定不明采空区的分布形态、规模及赋存关系等相关情况。采用理论计算和数值模拟的方法判断采空区对地表存在一定的安全影响,可能会冒落至地表,且地表已发生过塌陷,需要充填处理采空区。在采空区治理施工过程中发现,充填注浆方量比探测采空区体积小了许多,判断主要原因包括物探干扰、采空区垮塌、破碎带影响等。因此,为了进一步确定采空区对地表的影响程度,采用概率积分法对矿区范围内地表移动、变形进行了计算和分析,最终确定大浞河铁矿采空区地表处于基本稳定~稳定状态,不会对地表建(构)筑物及设施、设备造成不利影响,为矿山安全生产提供技术支撑和科学依据。

某高速公路铁矿采空区工程地质问题研究

以某拟建高速公路K4+620~K10+550段为例,通过多种手段查明采空区的工程地质特征,确定采空区的分布范围。采用资料搜集、工程地质调绘、物探、钻探等多种手段,分析采空区对路线的影响,评价采空区对公路工程的危害程度,并提出对采空区的治理建议,为类似工程案例提供参考。

安徽淮北陈庄铁矿地质灾害分析及治理建议方案

基于淮北陈庄铁矿现场调查、水土采样测试、测量等工作,从地质灾害发育情况、地形地貌景观破坏、含水层破坏、土地资源压占损毁、水土污染等方面,分析矿山开采历史及预测矿业活动引起的采空塌陷对生态环境的影响。针对矿山采空塌陷问题,采用分段空场嗣后干式充填采矿法,尽量减少采空塌陷的形成,矿山闭坑后废弃井筒密闭填充,拆除相关建筑物,覆土整平、土地复垦、地质环境治理保护等手段以达到减小对生态环境的破坏。

基于高密度电阻率法的铁矿山采空区数值模拟

应用高密度电阻率法,以鞍山—本溪地区铁矿山主要岩矿体电阻率值的实测结果为基本参数,选用适合现场作业的温纳和偶极两种装置,并根据现场地质情况建立简单地质条件、围岩存在和复杂地质条件三种空区探测模型;详细分析了不同地质条件下的地电场分布规律和空区异常反映特征.结果表明,不等电性地质体的存在影响了空区异常的反映,空区异常在复杂地质条件下往往以次级异常或弱异常的形式显示.应用该模型对鞍山—本溪地区铁矿山空区探测结果进行解译,准确地推测了多处空区,证明了该模型在铁矿山采空区探测中的有效性.

高精度重磁技术在铁矿采空区勘察中的应用研究

研究目的:在铁路选线地质勘察中,铁矿采空区勘察是一个较新的的课题。在地震与电磁法等常规方法勘察的基础上,针对铁矿的成矿特点与采空特征,应用高精度重磁测量技术对此进行了卓有成效的尝试,并对各种技术方法的优势和互补性进行了探讨,获取了铁矿采空区的物探异常响应特征,形成了一套有效的工作方法。研究结论:通过邯长铁路涉县铁矿采空区的勘察,以高精度重磁测量为主的综合物探技术取得了较为理想的应用成果。高精度重磁测量、地震映像、瞬变电磁测深及密点距直流电测深等方法,其资料相互对比验证,准确的圈定出采空异常区并划定采空区边界,为采空区评价和铁路选线提供了有力的地质依据。本项目所获得的工作经验,对类似情况的铁路地质勘察具有很强的指导性意义。

瞬变电磁法在铁矿采空区探测中的应用

为了更加准确地掌握铁矿采空区的分布,根据瞬变电磁法和磁法勘探原理,对铁矿采空区的综合地球物理特征进行研究,结合测区内铁矿采空区的特点,给出铁矿采空区的评判原则,认为磁铁矿相对围岩具有高磁性、低电阻的特性,对于不充水的采空区具有高电阻率的特性,对于塌陷或充水的采空区具有低电阻率的特性。使用V8电法仪和GSM-19T磁力仪对安阳某铁矿采空区进行瞬变电磁和磁法探测,圈定铁矿采空区及积水区的形态。结果表明,瞬变电磁法在铁矿采空区探测中的应用效果良好。

模拟矿井采空区水处理试验

以采空区充填物为载体,对模拟采空区处理高浊度和高铁锰矿井水的效果和影响因素进行了试验研究。结果表明,采空区充填物对铁和浊度的去除效果比锰好,污染负荷影响采空区充填物对铁、锰处理的饱和时间,pH值对去除铁和锰影响很大。利用采空区处理中性和偏碱性矿井水可作为矿井水的一种预处理方法。

基于模糊数学的露天铁矿采空区地球物理探测评价研究

针对金属矿山露天采场采空区地球物理探测异常快速安全评价的技术难题,根据模糊数学理论,结合多年的采空区探测研究成果,在采空区类型划分和地球物理识别特征的基础上,基于GIS平台建立了综合高密度电阻率法、瞬变电磁法和地震映像法的7个采空区异常评价指标体系,分别为G1R、G2T、G3H、S1R、S2T、S3H和D1W。通过数据提取和重构技术对7个采空区异常评价指标进行了分级分类的数据标准化处理,并利用模糊数学分类计算模型对其进行了概率化赋值,构建了采空区异常指标模糊数学综合评价模型,实现了采空区异常评价的定量化和智能化。研究表明:基于模糊数学理论的采空区异常指标综合评价可以将传统的采空区异常圈定误差由±5.0 m提高到±2.0 m以内,并且可以实现采空区圈定的数字化、流程化和智能化,适合对海量不确定性的地球物理异常数据的快速处理和智能化评价。

露天铁矿潜水型空区探测技术研究

针对金属矿山中深凹露天铁矿采坑内潜水型空区的探测技术难题,以潜水型采空区的赋存地质-地球物理特征为基础,同时以高密度电阻率法(HDRM)和瞬变电磁法(TEM)地球物理探测理论为依据,选择鞍本地区典型BIF型铁矿中的深凹露天铁矿为应用研究对象,采用高密度电阻率法的温纳装置和瞬变电磁法的多匝重叠小回线装置对深凹露天铁矿采坑内的潜水型空区进行了探测应用评价研究。与此同时,根据探测应用研究成果圈定了潜水型空区物探异常,并利用潜孔钻进行了物探异常工程验证。探测成果和验证结果表明,瞬变电磁法和高密度电阻率法的优化组合可以克服两者探测中存在浅部和边部数据盲区的问题,无缝对接实现安全可控深度内的潜水型空区安全预警评价,同时可对失稳空区畸变应力场诱发的顶板冒落和裂隙带的发育状况进行准确评估,非常适合富水型露天铁矿采场下方安全隐患灾害体的排查和预警。

深凹露天铁矿隐伏空区三维激光探测技术方法应用研究

针对深凹露天铁矿采坑内隐伏空区的精准探测技术难题,选择鞍本地区的BIF型富铁矿床深凹露天采坑隐伏空区为研究对象,结合前期的物探和钻探空区探测成果,以钻孔式三维激光扫描探测技术为手段,对露天铁矿1号深坑采区+162 m标高采矿平台进行了空区三维激光探测技术应用研究。结果表明,+162 m标高采矿平台隐伏空区面积达7 000 m^2,空区体最大高度16 m,并在+152 m标高采矿平台超前预警空区存在。该三维激光探测技术克服了物探的狭小探测空间限制和钻探的"一孔之见"弊端,可以准确测量隐伏空区的大小、埋深、形状、走向和边界等特征参数,精度达厘米级;三维激光探测技术通过地学建模软件构建空区三维虚拟实体,可使空区表现定量化、可视化和数字化,还可对综合探测采矿平台边界外的区域进行空区超前预警探测。因此可为含空区采矿平台的风险评价、安全处理和优化采矿设计提供可靠的定量数据和理论依据。

露天采场高陡边坡下深部采空区的爆破处理研究

鞍本地区是我国最大的BIF型铁矿集中分布区,其铁矿资源量/储量约占全国总量的1/4,但由于日伪时期的掠夺式开采和矿业整合开发前的无序开发利用,在一定深度空间内遗留了大量隐伏采空区,为后期实现规模化露天开采带来极大的安全隐患,成为制约露天铁矿资源安全高效开采的难题。以弓长岭露天铁矿大砬子采区高陡边坡下的深部采空区为研究对象,利用LS_DYNA软件进行采空区的安全爆破模拟研究,结合现场深部采空区爆破参数试验结果,提出了采用孔中起爆处理采空区的方法,具体参数设置为空区预留顶板厚度3 m,孔间延期时间42 ms,排间延期时间75 ms,平均炸药单耗0.237 kg/t。在上述分析的基础上,针对大砬子露天采场高陡边坡内的深部不规则多层采空区提出了分层、分区安全爆破处理的技术方案,且空区边界用切割爆破方法处理,爆破处理效果良好,采空区得到了安全有效治理。

弓长岭露天铁矿采空区稳定性及预警研究

采空区对露天矿的安全生产具有极大的威胁。针对弓长岭露天矿众多已探明的采空区进行了稳定性分析。对露天矿日常的爆破作业进行了爆破测振,统计回归出萨道夫斯基经验公式参数,获得了爆破振动对空区产生的荷载。建立了采空区顶板三铰拱承载的力学模型,推导了空区顶板稳定性的判据。利用数值模拟方法,计算拱形空区在不同荷载作用下稳定性,对弓长岭露天铁矿已探明各空区进行了预警,为弓长岭露天矿处理空区及安全生产提供依据。

高密度电法在铁矿隐伏采空区探测中的应用

为消除采空区给铁矿采矿生产安全带来的巨大威胁,本文以袁家村铁矿采空区探测为研究对象,应用高密度电阻率法对隐伏采空区的探测进行了研究,分别建立了简单地质条件下和复杂地质条件下的采空区探测正演模型。在简单地质条件下正演模拟计算得出的电阻率剖面图中,不同装置下的采空区均具有高阻异常和电阻率突变的响应特征。在复杂地质条件下,灰岩、变辉绿岩等复杂地质体在电阻率剖面图上也有明显的异常反映,并且偶极装置对采空区异常的反映更加明显,空间位置更加吻合。在现场采空区探测中,采空区在探测成果图中有明显的反映。根据采空区识别标志圈定了采空区异常的分布范围。经钻探验证,电阻率异常空间位置与采空区实际位置基本符合。结合采空区三维激光扫描,建立了采空区立体模型,精确地获取了采空区的空间特征信息。

车辆荷载作用下露天矿采空区顶板安全厚度研究

采空区的存在对露天矿的安全生产构成极大威胁,而顶板是决定空区稳定性的重要因素。针对弓长岭露天矿已探明采空区进行了顶板安全厚度分析。建立了车辆荷载作用下的采空区顶板的力学模型,推导了顶板的振动方程,获得了其安全厚度计算式。结合弓长岭露天矿采空区实际情况,分析了车速、车质量、顶板厚度和跨度对顶板岩梁动态响应的影响规律,计算了不同顶板抗拉强度、跨度组合和不同车质量时的顶板最小安全厚度值,并据此分析了安全厚度的变化规律,对该矿区的安全生产具有重要意义。结果表明:顶板岩梁中的动弯矩与车速、车质量以及顶板跨度近似呈线性关系,且随顶板厚度增加而减小,顶板厚度越小,动弯矩减小幅度越大;顶板最小安全厚度随其抗拉强度增大而减小,随其跨度、车质量的增大而增大。

基于CSAMT法的BIF型铁矿多层充水型采空区探测研究

针对金属矿山大深度隐伏充水型采空区探测技术难题,选择代表性的BIF型铁矿为突破目标,以其内发育的充水型采空区为研究对象,结合采空区充填介质类型及其地球物理识别特征研究成果,采用探测深度大、抗干扰能力强和分辨率高的CSAMT法进行探测分析,在重点区段布设了3条测线进行数据采集、处理、反演和解译验证。结果表明:CSAMT法可以准确识别BIF型铁矿内大深度隐伏充水型采空区存在引起的地球物理异常,并在地表以下110 m处验证存在充水型采空区。后期钻孔式三维激光扫描测量技术和采空区异常3D实体重建技术应用成果显示,探测区埋深80~300 m区域存在多层充水型采空区群,为井下铁矿未来深部扩展开采提供了安全保障,有助于实现对深部开采金属矿山水害的超前预警和安全治理。

马坑铁矿一期东区空区处理方案探讨

马坑铁矿一期东区采用空场采矿法,浅眼落矿,空区暴露总面积为2.83万m2,总体积为74.7万m3。根据已形成的空区特点及废渣回填部分空区、封闭处理空区的成功经验,就马坑铁矿矿山采用"充填"、"封闭"相结合的空区处理方法进行探讨。

基于三维高密度电法的露天铁矿充气型采空区探测

针对金属矿山露天矿采空区调查中存在的技术性难题,以鞍本地区一大型露天铁矿为例,采用三维高密度电法探测技术,以“S”形阵列式布极方式实现多方位同时采集数据,进行光滑约束的最小二乘法反演处理,并结合可视化技术构建了地下空间三维模型,对露天铁矿地下采空区分布位置及特征进行了精准探测研究。结果表明:在露天铁矿一处沉降变形区地下埋深31 m处圈定出了一处充气型采空区,与钻孔资料相比,其误差小于3 m。反映出三维高密度电法探测技术通过可视化三维模型可直观地展现地下采空区的埋深、分布等信息,可为矿山采空区安全评价和治理提供可靠依据。

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。

基于稳定性分析的采空区治理方案

隐覆采空区不处理容易发生岩爆、片帮,形成滑坡、透水、冒顶、坍塌等事故,它带来的各种安全隐患也制约着一个矿山企业的发展,矿山如何低成本且高效地处理采空区隐患成为难题,针对迁安市某露天铁矿,用三维激光扫描技术得到隐覆采空区的具体数据,利用数值模拟软件FLAC;有限差分方法,对矿区内井下采空区的稳定性进行定量分析,为隐覆采空区充填方案的实施提供理论依据。最后通过选用和露天矿山相适应的各类充填运输、制备浆料设备,运用具体数据研究利用充填钻孔、充填材料、充填系统,对采空区进行治理,以避免采空区带来的危险和不必要的经济损失,从根本上解决迁安市某大型露天矿区井下采空区的危害。

弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟

由于历史原因,弓长岭露天铁矿周边地方小矿点不规范乱采乱挖,导致在独木采区形成了大量的浅层采空区,迫于生产需求,需要对独木采区小北沟空区进行爆破处理。为了保障牙轮钻设备及人员安全,需要对空区的稳定性进行评价。考虑到弓长岭露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,运用FLAC3D数值计算,开展了小北沟空区静力学计算和空区上方承载牙轮钻机的计算分析。研究表明采空区形成后,在顶板处产生的最大压应力值为2 MPa,在顶板处产生的最大拉应力值为0.25 MPa,产生的压应力和拉应力均不是很大;地表12个监测点显示,地表最大垂直位移值不超过10 mm;在地表危险区域1施加牙轮钻机等效载荷,产生最大的垂直位移约为0.56 mm,在地表危险区域2施加牙轮钻机等效载荷,产生最大的垂直位移约为0.48 mm,牙轮钻机不会对地表沉降产生明显影响。