深部金属矿超前序次释压机理与调控方法研究进展

深部金属矿开采已经成为金属矿床开采的重要组成。在深部“三高一扰动”复杂工程环境下,采动地压灾害日趋凸显,严重制约矿山安全高效开采。结合国内外深部采矿研究进展和多年工程经验,提出深部金属矿超前序次释压机理与调控方法,将采动地压调控分为基本地压调控和二次地压调控。基本地压调控含采矿方法选择、回采顺序优化和隔离矿柱留设,二次地压调控含卸压爆破、锚喷支护和释能支护,并就地压调控技术分别进行详细阐释。基本地压调控在采前即已完成,二次地压调控在开采中或开采后进行,调控策略选择基于采动地压灾害风险评估等级。地压监测技术是确保地压调控技术成功实施的关键,诸多现场工程实践表明多点位移计、微震监测和钻孔电视是可行的监测手段。随着数值模拟技术发展,矿山尺度精细三维数值模拟融合微震监测信息具有良好的应用前景,可以为深部矿山采动地压调控与防灾减灾提供借鉴。

河西金矿不稳定矿体开采方法研究

不稳固倾斜薄至中厚矿体的开采是目前矿山面临的主要问题之一,针对河西金矿开拓至-820 m出现的节理裂隙发育、矿岩不稳固现象,结合矿山地质资料以及现场节理调查,依据矿体形态、矿岩稳固程度、矿体厚度,对不同采矿方法进行优选,确定采用机械化上向进路尾砂胶结充填采矿法,对河西金矿-820 m中段矿体进行矿块布置、采矿方法设计,以及采切工程和回采、充填通风、顶板管理等。结果表明,河西金矿采用机械化上向水平进路尾砂胶结充填采矿法后,采场矿石生产能力达140 t/d,损失率为6%,贫化率为10%。

矿房回采爆破时中深孔拉槽爆破的参数优化研究

作为回采爆破的初始自由面和爆破补偿空间,拉槽质量直接影响落矿效果。以三山岛金矿无人采矿示范区为工程背景,采用经验类比、数值模拟和现场试验等方法,分析了不同拉槽爆破参数下的矿岩损伤演化规律,得到了超挖或欠挖面积、爆破块度、自由面质点峰值速度、监测点环向应力4个指标与爆破孔网参数间的关系。结果表明:在最小抵抗线不变的情况下,随着孔间距的增加,爆破超挖或欠挖面积先减小、后增大,最优孔间距为1.4 m;在孔间距不变的情况下,随着最小抵抗线的增加,爆破大块率逐渐增加,自由面质点峰值速度和应力测点的环向拉应力峰值逐渐减小;且最小抵抗线越小,自由面爆破能量分布越均匀,确定最优最小抵抗线为0.8 m。现场中深孔拉槽爆破试验表明:采用优化后的孔网参数爆破后,块度均匀,没有明显的超挖或欠挖现象,切割槽形成质量较好,验证了理论分析结果。

西藏帮中锌铜矿采场结构参数优化

为进一步提高西藏帮中锌铜矿阶段空场嗣后充填采矿法的生产效率及经济效益,在工程地质力学调查和岩石力学试验基础上对矿区矿岩进行岩体质量分级,并结合矿山采切工程布置分析影响采场稳定性的关键因素;在此基础上应用多种经验稳定图表法优化采场结构参数。结果表明,改进的稳定图表法适应性强,采场跨度可从12.5 m扩大到20 m,仍满足矿山生产安全要求。

三山岛金矿深部高应力节理化巷道围岩控制技术研究

随着浅部矿产资源日益枯竭,深部开采已成为采矿行业的重要组成部分。深部开采重要的特征之一就是在“三高一扰动”下,矿山工程地质条件急剧恶化,围岩呈现显著的节理化,给深部巷道围岩控制带来巨大的困难。以三山岛金矿-900 m以下典型节理化巷道为工程背景,通过工程地质调查、文献调查、室内岩石力学试验获取基本数据,应用Dips软件进行优势结构面分组,应用Unwedge软件进行楔形体及其稳定性分析。采用RMR、Q和GSI岩体质量分级方法进行岩体质量分级并估算岩体力学参数,详细阐释锚杆加固不连续面的机理,估算巷道支护所需支护压力,并基于Q和RMR支护图表完成支护方案设计,应用RS2验证设计支护方案的有效性。在-960 m水平进行工业试验,结果表明,设计支护方案能够有效控制深部高应力节理化巷道围岩的变形破坏,为深部矿山安全高效开采提供依据。

深部硬岩巷道围岩变形特征及其控制技术

为探究深部硬岩巷道在复杂地质条件下的变形特性,本文以纱岭金矿-1465 m深部主巷为工程背景,通过现场工程地质调查获取了围岩的结构面信息,并计算岩体中的优势节理组和RQD值,对其地质环境和岩体条件进行概述。采用振弦式微应变传感器对调查点巷道的围岩进行监测,提取巷道顶板和两帮距离揭露面不同深度围岩随时间的变形数据,总结和分析深部硬岩巷道在高应力和复杂地质条件下围岩的变形特征。基于岩体条件和围岩变形规律提出该巷道宜采用“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土”支护,并应用有限元数值模拟软件Phase 2对该支护方式进行有效性检验,结果表明,采用该支护方式可有效降低围岩的变形量。

基于Phase2的不同跨度采场围岩稳定性及支护研究

采用Phase2对某矿区不同跨度下采场拉底巷道和凿岩巷道开挖和支护过程进行数值模拟研究,获得了各阶段采场围岩位移场、应力场和塑性区范围变化云图,并对模拟结果进行定量及定性分析,揭示了不同跨度采场围岩稳定性变化趋势。结果表明,采场跨度对围岩顶板变形量和应力值有着较大影响,及时采取合理的支护措施能有效保持围岩稳定。研究结果对类似矿山采场结构尺寸设计和地压控制具有理论指导意义。

新城金矿深部斜坡道围岩稳定性分析与控制技术

随着浅部资源的枯竭,我国金属矿石开采逐步进入深部阶段。为探索金属矿深部巷道围岩稳定性分析和控制技术,以新城金矿深部斜坡道围岩支护技术为研究背景,前期通过现场工程地质调查获取围岩的结构面信息,采用Dips对结构面信息进行统计分析。在现场进行岩石取样后,对样品进行室内岩石力学试验,最终获得了岩石的物理力学参数。采用Q分级、RMR分级及GSI对岩体进行质量分级,采用Roc Lab对岩体的物理力学参数进行估算。应用Unwedge对巷道的潜在楔形体进行了识别,发现巷道顶板存在大型楔形体,且存在极大冒落风险,并基于岩体质量分级结果和分级支护图表,确定采用“树脂锚杆+锚索+金属网+双筋条+钢筋梁+喷射混凝土”对该区域进行支护。最终应用Phase2和Unwedge对巷道支护效果进行分析。结果表明,采用该支护方式后围岩的塑性区范围和位移量都有所降低,顶板楔形体的安全系数也提高到了35.897,冒落风险得到了有效的控制。本研究证明该支护方式可有效保证巷道围岩的稳定,也可为类似矿山的巷道围岩支护提供指导。

纱岭金矿深部巷道顶板分级支护设计与分析

为对纱岭金矿深部巷道的顶板支护方案进行优化,基于现场工程地质调查、地质岩芯数据和室内岩石力学试验,采用RMR岩体地质力学分级和Q系统分级对井下-1400 m深部巷道围岩进行岩体质量评价,并通过评价结果将巷道顶板划分为三级支护强度。根据围岩RMR值对巷道最大自稳时间和跨度进行估算,采用Q系统支护图表法和工程类比法对不同用途的巷道进行支护方案选取和参数计算,最终应用有限元数值模拟软件Phase2对支护方案进行分析。结果表明,采取分级支护可有效保证巷道顶板围岩稳定,降低矿山的支护成本。

中凯矿业大直径深孔爆破落矿装药结构优化研究

装药结构对厚大矿体大直径深孔爆破落矿效果具有重要影响。中凯矿业帮中矿区现行装药结构(空气间隔长度比例24.2%)存在爆破后冲破坏作用严重的问题,造成后一排炮孔堵塞、坍塌甚至报废,严重影响生产效率;而盲目增大空气间隔长度比例则存在爆破大块率增加的风险。以矿山实际的炸药和岩石参数为基础,采用数值模拟软件LSDYNA开展大直径深孔爆破落矿装药结构优化研究。选择常用空气间隔器作为间隔材料,以空气间隔长度比例为研究对象设计了12种装药结构方案进行数值模拟,得到了装药结构与爆破后冲作用、大块率、自由面质点振动峰值速度以及峰值有效应力等评价指标之间的关系。结果表明:自由面质点振动峰值速度以及峰值有效应力随空气间隔长度比例增加逐渐下降;当空气间隔长度比例小于等于30.5%时后冲作用明显,后排炮孔可能出现塌孔现象,当空气间隔长度比例大于等于45.3%时,存在大块率增加的风险,最优装药结构的空气间隔长度比例为44.2%。现场深孔爆破落矿试验表明,优化的装药结构爆破后大块率为7.1%且爆破后冲作用得到有效控制。

三山岛金矿连续规模化智能开采工艺研究及应用

过去的数十年,地下金属矿山采矿方法在崩落、空场和充填三大类的基础上,通过不断地改进和完善,形成了各种各样的采矿工艺,为我国地下金属矿山安全高效回采提供了设计依据。但当前开采工艺仍存在着开拓、采切工艺复杂,安全性差,生产能力小等突出问题,制约了资源安全高效开发。结合矿山生产实践,阐述了地下金属矿山生产模式及开采工艺演化过程,以三山岛金矿无人采矿示范区为工程背景,研发了连续规模化智能开采工艺,即采用连续分段空场嗣后充填采矿法对矿石进行回采,从开采工序连续性、地压调控及时性、采矿设备适配性三方面设计了开拓方案、采矿工艺及铲装运输环节,可为具有类似条件的矿山生产设计提供参考。

金川二矿区深部巷道支护稳定性数值模拟研究

以金川二矿区深部某中段采准巷道为工程背景,通过应用Q分级方法,地质力学类法(RMR法)、地质强度指标(GSI)进行岩体质量分级和岩体力学参数估算,应用经验公式和理论分析法进行中段采准巷道支护设计。在此基础上,分别对比未支护和支护两种条件下巷道变形和破坏特征,确定采用设计的支护方案可有效降低巷道围岩变形程度并降低围岩塑性区深度,进一步验证表明,为该矿深部采准巷道稳定性控制提供的支护结构参数是合理的。同时,也发现巷道围岩浅层破坏以拉破坏为主,而围岩深层破坏以剪切破坏为主。

基于卷积神经网络迁移学习模型的矿岩智能识别方法

文章基于Inception-v3卷积神经网络模型,通过对采集的金矿石、铜矿石、铁矿石、铅锌矿、花岗岩、片麻岩、大理岩和页岩,8种岩石453张图像进行特征提取和迁移学习,建立了岩性分类的迁移学习模型,实现了岩性的自动识别和分类。每种岩石图像随机抽取4张作为测试集进行测试,剩余421张图像作为训练集参加训练,经测试全部图像的岩性分类结果均正确,识别正确率超过80%的岩石图像占测试集图像总数的90%以上。识别正确率未达到80%的图像经过处理后重新训练并测试,其识别正确率均超过了80%,表明了该模型具有良好的岩性识别能力且鲁棒性较好,为岩性识别和自动分类提供了一种新的智能分析方法。

纱岭金矿千米以深回风井壁后注浆技术

针对纱岭金矿千米以深回风井井筒围岩破碎(Ⅳ~Ⅴ级)、高角度(70°)裂隙发育及高水温(50℃)等复杂地质条件下的井壁淋水问题进行深竖井壁后注浆设计。以井筒工程地质条件、水文地质条件为基础,通过现场调查和声波探测确定已衬砌井筒壁后塑性区分布范围及形态特征,借此设计壁后注浆钻孔结构参数(深度、直径、间距),进一步优化井筒壁后注浆材料选择、注浆方式和注浆参数,以改善注浆工艺,提高注浆效率。工程实践表明:采用高性能注浆材料并改进注浆技术,基于塑性区理论进行壁后注浆,使井壁淋水总量控制在5 m^(3)/h以内,注浆堵水率达到90%,壁后注浆效果良好,为类似矿山超深井筒壁后注浆提供参考依据。

梅山铁矿破碎区稳定性分析及支护研究

近年来随着矿山开采进入深部,局部区段节理裂隙发育,采动地压增大,矿岩稳定性急剧变化。目前梅山铁矿采用喷射混凝土支护,部分破碎区域采用喷锚联合支护和喷锚网联合支护,但部分主要生产联络道和穿脉巷道依旧存在巷道顶板楔形体大面积冒落的现象,矿山现有的支护方式不能满足安全生产要求。为解决以上生产技术难题,本研究从现场工程地质调查、室内岩石力学试验、岩体质量分级、岩体力学参数估算等出发,利用Unwedge对破碎区楔形体进行稳定性分析,总结巷道失稳破坏类型,提出了“树脂锚杆+金属网+喷射混凝土+长锚索”联合支护方式,并利用数值模拟软件Phase2对-330 m水平8LS7的巷道进行了数值模拟分析,根据对支护前后巷道总位移和塑性区范围的对比,初步验证了所选支护方式对维持围岩稳固的有效性。

三山岛金矿地表微地震系统监测竖井爆破定位方法研究

针对滨海深部地质条件下采动灾害隐患突出现状,开展了滨海深部工程微地震监测研究。在三山岛金矿建立地表微地震监测系统,实现对矿山微地震活动的实时不间断监测。利用地质勘察孔的测井数据建立区域地层波速模型,通过应用预警空间搜索定位法,提前给出各个监测点的预警空间,确定好搜索网格模型。分析了竖井爆破信号的定位结果,预警空间搜索定位法既保证了震源定位精度,又提高了计算效率,特别是随着矿山监测区域的扩大和监测点数量的增加,预警空间搜索定位法准确、高效的特点将会更加突出。研究结果表明,地表微地震系统能够满足矿山监测要求,并能保证监测数据的时效性和可靠性,可以为类似矿山的微地震系统建设提供参考。

三山岛金矿西岭矿区地质岩芯RQD三维可视化建模方法

采用地质岩芯RQD智能识别方法对三山岛金矿西岭矿区118条地质钻孔岩芯RQD进行识别,得到矿区范围内地质钻孔岩芯RQD数据库;对钻孔岩芯RQD块段长度分析并建立组合样品,统计所有钻孔RQD数据变异性。运用地质统计学方法对钻孔岩芯RQD分析并建立RQD数据半变异函数,得到块金值0.8、基台值0.58、变程80 m的球状模型。采用普通克里金插值法,设置搜索参数对块体模型赋值。块体模型内块体超310万,RQD最小估值为3.7,RQD最大估值99.0,均值45.1,标准差11.5,交叉验证显示原样RQD数值与克里金插值法估值结果相差很小,据此建立西岭矿区RQD块体模型,实现西岭矿区RQD岩体质量分布的三维可视化,用于矿山岩体质量评价,为分析采场及巷道围岩稳定性、合理选择采场及巷道的支护形式及其参数提供基础数据。

思山岭铁矿1500 m副井基岩段井筒围岩稳定性分析与控制研究

针对传统浅埋竖井井筒围岩稳定性控制理论、方法应用于深竖井建设存在的局限性,以思山岭铁矿1500 m副井工程为依托,进行了深竖井井筒围岩稳定性分析与控制方法研究。通过无支护自稳跨度、自稳时间等指标对该矿副井基岩段的井筒围岩稳定性进行了分析,其最小无支护自稳跨度为22 m,对应的自稳时间为125 d,可保证副井基岩段掘进进尺4 m、掘进循环周期为1~2 d的井筒围岩稳定性,然而考虑副井基岩段井筒围岩掘进至役期的长期稳定,副井开挖后仍需对井筒围岩进行支护。同时,基于新奥法(NATM)与挪威隧道施工方法(NTM),提出了强调充分发挥井筒围岩自稳能力的深竖井井筒围岩稳定性控制理论,建立了锚网喷初次支护与混凝土衬砌永久支护相结合的深竖井井筒围岩稳定性控制方法,并据此结合该矿副井基岩段井筒围岩支护设计,分析了深竖井井筒围岩支护设计的基本流程,提出了副井基岩段井筒围岩支护设计方案。通过Phase 2数值模拟评估了该矿副井基岩段井筒围岩支护设计的安全性,验证了所提出的深竖井井筒围岩稳定性控制理论、方法以及支护设计方法应用于深竖井建设的可行性。

2000m大直径超深竖井新型凿岩提升悬吊系统设计

为满足大直径超深竖井快速安全施工的需求,结合当前竖井施工存在的技术问题,从设备选型、系统布置和安全措施三个角度对凿岩提升悬吊系统进行设计。本系统采用ⅤⅡ型凿井井架、超深竖井凿井提升机等新型设备,建立提升装置安全监控系统以实现大直径超深竖井快速安全施工的目标。结果表明,新型提升悬吊设备与安全监控系统配合使用,在三山岛金矿超深竖井施工中实现了井筒月进尺120 m的良好效果,提高了施工效率,保障了凿井安全,为超深竖井井筒施工提供了参考。

三山岛金矿2005 m超深竖井深孔爆破技术

根据三山岛金矿2005 m超深竖井建设的工程技术条件和井筒穿越地层工程地质条件,对深竖井施工中的凿岩设备选型、爆破参数设计、爆破施工等方面进行了研究和实践探索。提出了双联伞钻钻凿大直径(54 mm)深孔(5.5 m)、导爆管起爆(半秒延期)、光面爆破以及爆破施工中的关键技术要素,设计出合理的爆破参数。三山岛金矿2005 m超深竖井采用上述关键技术取得了良好的爆破效果,炮孔利用率达到85%,循环进尺达到4 m,月进尺超过100 m,可为同类型深孔爆破技术提供参考。