阶段嗣后充填开采采场稳定性相似材料模型试验

根据司家营铁矿南区充填法开采设计,选取南区S16勘探线附近的采场,采用相似材料模型试验的研究方法,模拟了首采-450 m中段单盘的两步开采和充填过程,借助位移计、光纤传感器和压力盒等仪器监测了试验模型的地表沉降和围岩的变形及应力分布,分析了采场变形和应力变化规律及充填体的稳定性。试验结果表明,阶段嗣后充填法开采对地表影响不大,充填可以有效控制地表岩移;开采过程中采场整体稳定性较好,但二步回采后采场顶板和间柱变形均发生较大变化,回采后应及时对阶段空场进行充填,并适当提高充填体的强度。最终成果为开展多中段多盘区的矿体开采的进一步研究提供了基础依据。     

密实充填矿压显现时空演化规律研究

建立和分析密实充填矿压显现时空演化力学模型,运用相似材料模拟方法研究充填开采条件下的采场矿压显现时空演化规律,并以邢台某矿充填实践为工程实例进行分析验证。研究结果表明:顶板下沉活跃期间,充填体受力与充填步距和推进时间呈正相关;在充填开采物理模拟中,顶板测点应力普遍经历了应力升高-急剧卸压-缓慢升压再到稳定的过程,且工作面前方顶板应力峰值和煤柱受力随着充填步距的增加而增大;充填体受力随着工作面推进而不断增加至趋于稳定,稳定后的顶板应力和充填体受力均小于原岩应力;停采后静置阶段,随着时间增长,充填区顶板依然存在缓慢下沉现象。某矿充填实测结果显示距离切眼15和40 m处的充填体压力为3.5和5.5 MPa,且顶板下沉和覆岩离层在工作面推进过程中均随着充填距离的增加和充填时间的推移表现出了规律性变化。     

浅埋厚煤层条带充填保水开采分析研究

我国西北地区浅埋厚煤层开采对地表及潜水层造成严重破坏,而充填开采是减小地表破坏以及实现保水开采的有效途径。为研究浅埋厚煤层条带充填保水开采的安全性,以哈拉沟煤矿为研究对象,建立了“边界煤柱+条带充填体+覆岩”的力学模型,采用相似试验与现场实测相结合的方法,在周期来压步距、地表下沉及台阶裂缝等方面进行对比分析,得出了较为准确的基岩裂缝角及直接顶初次垮落步距,并通过对隔水层的稳定性分析,确定了条带充填开采的充填宽度为38 m,充填间隔为16 m。根据土工试验得到黄土层的相关力学参数,确定了下行裂缝的发育深度。结果表明:条带充填开采引起的下行裂缝未影响到主关键层,有效隔水岩组厚度满足相关规程要求,可实现安全保水开采。     

辛置煤矿间歇开采岩移机理及沉陷规律研究

为了研究巨厚黄土层下间歇开采岩移机理及地表沉陷规律,基于辛置煤矿的地质采矿条件,对条带开采煤柱的稳定性进行了理论分析,得到了倾斜煤层煤柱稳定性的判别函数;采用UDEC数值分析方法反演了百亩沟村庄下前期条带开采覆岩及地表沉陷特征,揭示了岩层移动的机理,获取了研究区域主断面的地表沉陷值。隔离煤柱回收后,依据现场实测数据,分析了间歇开采地表动态和静态地表沉陷特征,求取了地表移动角值参数和概率积分预计参数。研究结果表明,前期条带开采煤柱能够形成稳定的核区,煤柱安全系数为2.34,关键层不破断,地表最大下沉217 mm,最大水平拉伸变形为0.41 mm/m,小于窑洞的Ⅰ级抗拉伸水平变形的临界值。间隔煤柱回采后,地表移动初始期和活跃期偏短累计219 d,最大下沉点下沉量与下沉时间服从负指数函数关系;地表终态最大下沉1 537 mm,水平拉伸变形为3.98 mm/m,地表建(构)筑物所受的采动损坏程度超过了Ⅱ级。间歇开采后地表沉陷下沉系数为0.74,开采影响传播角系数为0.6。     

特殊膏体材料充填对开采沉陷控制的数值分析

提高充填体接顶率和减小充填体压缩量是控制地表沉陷的关键因素。针对此因素,通过数值模拟详细比较了垮落开采和具有膨胀特性的膏体材料充填开采下地表及顶板的移动变形,并分析了不同方案下围岩的稳定性。结果表明,采空区未充填时,表征地表移动变形的各指标均超过建筑物I级破坏允许值,并且顶、底板出现严重的拉伸、剪切破坏。各充填方案中,随着膏体材料中膨润土含量的增加,充填对地表沉陷及顶、底板变形的控制效果呈现先增强后减弱的趋势。当膨润土与水泥质量之比为40%时,地表最大下沉值、倾斜值和水平变形值均最小,岩层移动和地表沉陷控制效果良好。     

矸石-粉煤灰充填采煤覆岩结构与变形规律

矸石-粉煤灰充填采煤可解决“三下”压煤和固体废弃物排放造成的环境污染问题。根据充填采煤工作面覆岩移动规律,提出矸石-粉煤灰充填采煤覆岩存在3类结构;在弹性地基薄板理论基础上,建立了基本顶力学模型,推导出了基本顶弯曲下沉的理论公式,给出了基本顶破断的临界条件;据此,分析了基本顶变形影响因素,并进行了工程实践。结果表明,基本顶最大下沉量理论计算值与实测值基本一致,各因素对基本顶弯曲下沉影响大小依次为:基本顶弹性模量、覆岩载荷、直接顶弹性模量、充填体弹性模量。邢台矿7606工作面采空区基本顶的最大下沉量为234 mm,沿专用铁路线地表最大下沉量为16 mm,仅直接顶产生了局部裂隙和离层,基本顶完整性较好,覆岩属于第II类结构,地表变形得到了有效控制。     

Stability analysis of backflling in subsiding area and optimization of the stoping sequence

In underground mining by sublevel caving method, the deformation and damage of the surface induced by subsidence are the major challenging issues. The dynamic and soft backflling body increases the safety risks in the subsiding area. In this paper, taking Zhangfushan iron mine as an example, the ore body and the general layout are focused on the safety of backflling of mined-out area. Then, we use the ANSYS software to construct a three-dimensional(3D) model for the mining area in the Zhangfushan iron mine. According to the simulation results of the initial mining stages, the ore body is stoped step by step as suggested in the design. The stability of the backflling is back analyzed based on the monitored displacements, considering the stress distribution to optimize the stoping sequence. The simulations show that a reasonable stoping sequence can minimize the concentration of high compressive stress and ensure the safety of stoping of the ore body.     

金川二矿区大体积充填体变形机制与变形监测研究

 针对金川二矿区大体积充填体稳定性问题,简要论述近年来地表岩移和井下地压显现特征,并开展大体积充填体的变形机制研究。制定针对大体积充填体变形的监测方案：采用自制的变形监测装置对1 150～1 200 m水平50 m高充填体的相对变形进行监测,采用水准仪对大体积充填体和围岩体的下沉变形进行量测。监测结果表明,大体积充填体综合下沉变形速率为16.00～51.44 mm/月,最大累计下沉量达515 mm,大体积充填体自身相对变形速率为1.953～28.585 mm/月,最大累计相对变形为285.85 mm。进一步分析大体积充填体综合变形、自身相对变形和围岩体变形的发展趋势。研究成果对于深刻认识二矿区大体积充填体的稳定性、围岩体的变形等提供了重要的依据。     

基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形方法研究

 为了解决D-InSAR技术不能全面监测煤矿开采引起的地表移动与变形问题,综合运用理论推导和模拟实验方法,开展基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形的方法研究,主要取得如下成果：(1) 融合近水平、缓倾斜煤层开采沉陷规律和D-InSAR技术,建立任意像元任意方向下沉、倾斜、水平移动、水平变形和曲率变形的计算模型及其推广模型。模拟实验结果表明,在模拟地质采矿条件和影像分辨率10 m条件下,任意像元移动变形模型提取精度为：① SN,EW向倾斜计算误差分别为±0.03和±0.02 mm/m;② SN,EW向水平移动计算误差分别为±1.6和±1.3 mm;③ SN,EW向水平变形计算误差分别为±0.04和±0.03 mm/m;④ SN,EW向曲率计算误差分别为±0.001和±0.001 mm/m2。模型精度满足矿山开采沉陷监测要求。(2) 利用构建的基于单视线向D-InSAR技术提取开采沉陷移动与变形方法,提取了20120105～20120116期间,南屯煤矿9310工作面开采引起的SN,EW向采动地表移动与变形。研究成果对矿山开采沉陷D-InSAR监测具有重要参考价值。     

金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践

 金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学(RMR)分类法和岩体质量(Q值)分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用“隔三采一”布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。     

程潮铁矿西区不同采矿水平下的岩体变形规律分析

 金属矿山不同采矿水平下的岩体变形规律分析,能为矿山地表移动沉陷范围的圈定及安全生产决策提供依据。以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近8 a监测所得的地表及深部岩体变形成果,对不同采矿水平下的岩体变形规律进行分析。结果表明：开采－290,－307.5和－325水平时,顶板岩体进入初始冒落阶段;开采－342.5水平时,顶板岩体进入了大量冒落阶段,其崩落是间断发生的;开采－358水平时,地面沉降漏斗均匀扩展,岩层移动表现出很强的连续性;开采－375水平时,围岩进入快速向外扩展阶段,边界线、移动线得到了较大的扩展,下盘沉降漏斗在2010年1月之后变为不均匀扩展,岩层移动出现了突变性;开采－395水平时,围岩进入扩展放缓阶段,边界线、移动线基本未向外扩展,下盘沉陷坑区域变形仍旧非常剧烈,没有减缓的趋势。     

超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测

 超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用,在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿(简称陶一煤矿)充6工作面为背景,采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法,综合地表沉陷的测量数据,首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果,在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下,工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m,工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明,超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围,减小采动影响,且在仰斜开采工作面运用效果较好。     

厚覆盖层条件下地下采矿引起的地表变形陷落特征模型试验研究

以某金属矿山为原型,运用地质力学模型试验,深入分析了厚覆盖岩层条件下地表变形陷落随不同开采水平的变化规律、不同开采水平下地表变形陷落范围的变化规律以及地表变形陷落随时间的变化规律。试验采用数码相机数字化近景摄影测量方法来量测采矿过程中地表及上、下盘岩体中的位移。本试验模拟了复杂的地质条件和自然崩落法的采矿过程。地表最大下沉位移主要集中在断层F1,F4之间的区域。采场顶板围岩具有明显的流变特性,蠕变曲线具有较明显的减速蠕变阶段、稳定蠕变阶段以及变形稳定阶段。在目前开采条件下,蠕变曲线都呈变形收敛形态。相对最终稳定时的总位移量,开采完毕瞬时位移占10%～35%,减速蠕变阶段所产生的位移约占43%～72%,稳定蠕变阶段所产生的位移占15%～25%,不难发现,绝大部分地表下沉位移主要发生在减速蠕变阶段。减速蠕变阶段约为7～8 d,最终变形稳定阶段约为46～50 d。通过对试验结果的深入分析,从-270 m水平起采明显优于从-200 m水平起采。根据试验结果,所提出的最优起采深度已被矿方所采用。     

磨槽江铅锌矿地质环境影响评估及防治对策

磨槽江铅锌矿是以裂隙充水为主的矿山,其主要开采矿体远高于当地河水面之上,为了评估磨槽江矿区在恢复开采后对矿山地质环境的危害,从矿坑涌水量、矿区围岩支护、矿坑沉陷、含水层、地表水污染程度五个方面研究矿山开发引起地质灾害出现的环境影响综合评估。结果表明,恢复采矿后矿坑的涌水量小、矿坑围岩稳定性高,对矿坑地面沉陷和含水层流场的影响程度一般,且不会对周边居民的生活水源造成污染。     

官庄铁矿深埋破碎矿体开采岩体变形测试分析

 以大量实测资料为基础,分析官庄铁矿北区深埋破碎厚矿体开采引起的围岩变形和地表移动规律。实测结果表明,官庄铁矿北区地表下沉属于连续下沉,岩层破坏主要是缓慢型破坏。分析过程中,把几种实测分析方法和数值分析法有机结合在一起,形成岩体移动变形综合研究方法,对地下开采引起的岩体移动机制进行具体分析。分析中所采用的实测分析类方法包括蠕变试验分析、地表移动观测分析、围岩变形监测分析、原岩应力量测分析;数值分析类方法包括ANSYS和FLAC。结合官庄铁矿工程实例,通过具体测试分析,探讨深部开采岩体移动变形规律及特点,即深部开采覆岩移动变形具有均匀、整体压缩变形等特点,地表移动连续且周期较长。实践证明,所采用的综合研究方法是分析岩体移动和地表下沉机制的有效途径。     

新城金矿Ⅴ号矿体-580m采场开采方式优化研究

根据矿区实测的地应力场和工程地质条件,结合矿山的实际生产情况,采用FLAC3D软件对Ⅴ号矿体-580 m中段采场进行了数值模拟计算,对提出的3种开采方案进行比较,并通过分析开采过程中围岩和充填体的应力,变形及破坏情况,获得了最佳开采优化方案,以期指导类似工程施工。     

高速公路与下伏煤矿采空区相互作用规律探讨

从公路的采动响应特征、采空区的二次活化机制、不同工况条件下采空区地表移动与变形规律的有限元数值分析3个方面,探讨高速公路与下伏采空区相互作用问题。概化分析公路路线与采空区不同空间关系时,地表移动与变形的基本发展规律;总结不同开采方式形成采空区的特征、变形与破坏特征、二次活化机制及危害性评价方法;系统考虑公路、采空区、采矿特征、处治方式等各种影响因素,总结出不同工况组合情况下采空区剩余移动与变形的若干规律,涉及到不同采深、不同采厚、煤层倾斜、多层重复开采、临近采动、各煤层空间关系等各种复杂地质与采矿条件,以供矿区高速公路建设的规划、选线以及治理参考。     

不同围压下软岩巷道全长锚固支护优化研究

以淮南矿区丁集矿西三采区地质条件为背景,采用FLAC 3 D计算软件对深井软岩巷道全长锚固支护条件下围岩稳定性进行模拟计算,获得不同围岩应力和支护强度作用下巷道围岩稳定性影响规律.得知,随着围岩应力环境增大,巷道顶帮下沉量和底板底鼓量增大,巷道顶底板变形位围岩移量变化趋势与巷道两帮变形趋势基本一致,在10 MPa围岩环...     

开采环境再造深孔诱导崩落模型试验研究

 以新疆喀拉通克铜镍矿为原型,运用地质力学模型试验,深入分析深孔诱导崩落开采过程中人工顶板和上、下盘围岩力学演化规律。试验在自行设计的BLES双向加载岩体开挖模拟试验台上,模拟开采环境再造深孔诱导崩落充填采矿法的8个开采步骤。试验结果表明：(1) 在开挖1#,2#凿岩硐室以及切割拉底时,上、下盘围岩应力和位移都呈缓慢增加的趋势,而人工顶板中部应力值逐渐减小,处于受拉状态。开挖V型堑沟、诱导崩落矿体时,上盘围岩和下盘围岩应力值随开挖步骤急剧增加。上、下盘围岩底部和人工顶板的左端应力值分别达到初始应力的2.2,2.14和2.53倍,应力集中现象明显。(2) 开挖完成后,人工顶板和上、下盘围岩最大沉降量分别为8.6,6.5和2.8 cm,满足矿山安全要求。上盘围岩的变形明显大于下盘围岩的变形,且有整体移动现象。(3) 构筑9 m厚的人工顶板,在整个试验过程中未出现破裂等破坏现象,实现采矿环境再造,同时确保试验采场的稳定性和安全性。     

二里河铅锌矿采场结构参数及巷道布置研究

二里河铅锌矿目前正在准备开采埋深500~800 m的深部矿体,从已掘进的1 100 m中段探矿巷道地压显现来看,深部的采场结构参数及巷道布置位置需要优化。应用FLAC^3D正交数值模拟采场结构参数对采场稳定性的影响,建立多指标综合评价模型以便优选采场结构参数;应用FLAC^3D分析距矿体下盘边界不同距离的巷道围岩应力变化,借助监测巷道顶底板上某点的应力变化趋势优选巷道布置位置。研究结果表明:深部采场最佳结构参数为矿房走向长度40 m,间柱厚度10 m,顶柱厚度12 m,其中,顶柱厚度对采场稳定性的影响最显著,增大顶柱厚度是提高采场稳定性的最有效途径;下盘脉外运输巷道布置在距矿体下盘边界线12 m处最为合理;距巷道较近的本中段矿体开采是引起巷道地压显现的主要原因,矿柱回采会加速中段运输巷道的破坏。实践证明,深部采场结构参数及巷道布置的研究结论合理、可靠。