自然崩落法底部结构稳定性监测研究

为了掌握自然崩落法开采过程中底部结构的稳定性,采用微震监测与应力监测技术对普朗铜矿底部结构进行监测,分析出矿过程中底部结构稳定性变化规律,研究拉底推进、构造应力对底部结构稳定性的影响,评估底部结构发生失稳的风险程度。结果表明:断层构造是影响普朗铜矿底部结构稳定性的主要因素,断层下盘为开采过程中地压风险程度较高的区域;聚矿槽放矿作业不及时、不均衡将导致底部结构局部区域产生应力集中,通过增加放矿量可以调节底部结构应力分布;拉底推进线前方45 m范围内易产生应力集中,是需要强化支护的重点区域。     

断层影响下底部结构地压活动规律研究

普朗铜矿采区赋存5条贯穿的大断层,且存在众多小断层相互交错,对底部结构的稳定性影响较大。本文针对断层建立了地压监测分析模型,分析了开采过程中断层影响范围内岩体的地压活动规律。研究表明,断层区域微震事件聚集现象明显,断层揭露线上矿柱应力值变化较大,断层交叉区域的矿柱易产生应力集中现象。为有效改善应力集中和局部岩体变形,提出了针对性支护等措施。     

普朗铜矿地压综合监测数据分析与研究

普朗铜矿在运用自然崩落法进行拉底推进和出矿作业过程中,在断层构造影响下,面临底部结构围岩破坏变形和地表不均匀沉降等问题。因此,普朗铜矿采用微震、应力和三维激光扫描综合监测系统,对开采过程中矿山地压状况进行监测和分析。结果表明：西沿拉底推进对首采区岩体稳定性影响较大;采区南部底部结构应力变化相对频繁;地表塌陷区东部区域与沟底核心区域沉降速度最快。以上研究结果为矿山调整拉底、出矿和二次支护计划提供了参考依据,起到了良好效果。     

自然崩落法拉底过程底部结构稳定性研究

自然崩落法技术要求高,涉及的岩石力学问题也非常复杂,不同拉底方式拉底过程中,底部出矿结构所受应力状态不同,稳定性也不同。以普朗铜矿相关条件为依据,采用数值模拟方法对自然崩落法开采拉底过程中底部结构的应力变化进行研究。分析研究表明:前进式拉底过程中,拉底推进线后方45m左右区域应力逐渐发生释放,最大主应力减小到10MPa左右,底部结构整体稳定性要好于后拉底,出矿水平最小主应力处于岩体抗拉强度范围内,且新增塑性区符合前进式拉底特点。因此,前进式拉底利于维护底部结构的稳定性。     

基于FLAC3D的主层开采对副层底部结构稳定性的影响研究

以自然崩落法开采的铜矿峪铜矿4^#矿体为研究背景,通过对主副层三维建模,并利用FLAC^3D软件对554 m主层开采扰动下614 m副层底部结构稳定性变化进行数值模拟,以对底部结构的应力分布规律和塑性区进行分析。结果表明,由于叠加压力拱效应,主副层交界处以及副层拉底推进线前方底部结构压应力集中程度会随着主层拉底和落矿增大而增大; 因主层开采,副层底部结构拉底空间下方出矿穿脉和桃形矿柱拉应力一定程度减小,使其不易超过岩体抗拉强度; 必须采取措施使压力拱范围内底部结构强度高于拱角应力强度,以避免推进线前方底部结构发生破坏。     

基于PFC2D自然崩落法数值模拟

云南普朗铜矿是一个新建的大型铜矿山,矿山设计采用自然崩落采矿法。自然崩落法底部结构受力规律尚不明确,为了研究矿山开采中底部结构受力变化,采用PFC2D数值分析软件,针对普朗铜矿3720水平首采区地质条件及岩体物理力学参数建立计算模型并简述了岩体微观参数与宏观参数之间关系。同时模拟分析三种拉底宽度及放矿过程中底部结构应力变化规律。结果表明：三种拉底宽度下,应力重分布后应力集中区范围集中拉底推进线前方50m-80m内,应加强支护。随着拉底宽度的增大峰值应力随之增大,在45m拉底宽度下最大应力达到22MPa。在放矿时,放矿漏斗侧壁及眉线处会产生高动态应力不利于底部结构的长期服役。研究所得结果对矿山支护起到指导作用。     

基于PFC2D的自然崩落法数值模拟

云南普朗铜矿是一个新建的大型铜矿山,矿山设计采用自然崩落采矿法。自然崩落法底部结构受力规律尚不明确,为了研究矿山开采中底部结构受力变化,采用PFC2D数值分析软件,针对普朗铜矿3720水平首采区地质条件及岩体物理力学参数建立计算模型并简述了岩体微观参数与宏观参数之间的关系。同时模拟分析三种拉底宽度及放矿过程中底部结构应力变化规律。结果表明:三种拉底宽度下,应力重新分布后应力集中在拉底推进线前方50~80m内,应力集中区应加强支护。随着拉底宽度的增大,峰值应力随之增大,在45m拉底宽度下最大应力达到22 MPa。在放矿时,放矿漏斗侧壁及眉线处会产生高动态应力,不利于底部结构的长期服役。研究所得结果可以对矿山支护起到指导作用。     

金川贫矿区自然崩落法采场底部结构的稳定性

采用三维有限元弹塑性数值模拟方法 ,分析金川贫矿区高应力破碎岩体自然崩落法开采过程中底部结构的稳定性。结果表明 ,随矿岩崩落开采 ,崩落区下方岩层出现较大范围的塑性破坏区和拉破坏区。巷道采取多次让压支护措施 ,能确保底部结构的稳定。     

金川二矿区1250m以上贫矿开采影响研究

针对金川二矿区1250m以上贫矿回采影响问题,通过建立三维几何模型、网格划分、确定边界条件和初始应力场等,对14行回风井稳定性影响以及上覆岩体移动影响程度和影响范围进行了模拟,计算出1250m以上贫矿回采引起的岩体应力场和位移变化情况,并对回采影响进行了评估。结果表明,1250m以上贫矿开采对14行回风井围岩第一主应力和第三主应力的变化影响不大,最大值与最小值的差不超过5 MPa,井筒附近围岩的应力状态以压应力为主;1250m以上贫矿开采会对现有应力场产生影响,使得贫矿尖灭处以及底部与上盘岩体接触处出现较大的塑性区,进而产生一定的位移,开采影响范围为开采贫矿至四周超过20m的岩体。研究成果为后续贫矿开采提供了理论依据。     

贯穿断层及隐伏巷道对某露天边坡稳定性影响数值模拟分析

为研究贯穿断层（F1）及历史采空巷道对广东某露天矿边坡稳定性的影响，基于现场工程调查得到不同岩组的岩体质量评价指标，采用Hoek-Brown强度准则及工程类比法得到岩体参数，结合实际工况建立含贯穿断层及历史采空巷道的三维地质模型进行综合边坡稳定性分析。结果显示：在154 m及197 m水平位置的历史采空巷道，边坡顶部及坡面位移较小，拉应力小于岩体抗拉强度，同时塑性区未能进行上下贯通；矿区贯穿断层（F1）在坡面的拉应力值小于全风化岩体的抗拉强度，最大位移仅在坡顶及底部，竖向位移量为1.4 mm，在贯穿断层附近塑性区无贯穿情况发生。结合以上分析，贯穿断层及历史采空巷道对自然状态下的边坡稳定性影响不大，该结论为矿山安全生产奠定了基础。     

采动与隐伏断层双重作用下底板破坏特征

针对工作面底板含隐伏断层条件下底板水害多发的问题,综合数值计算与现场实测2种方法探究底板岩体采动破坏特征。模拟结果得出:底板塑性区范围随工作面推进距离增加而扩大,距底板隐伏断层远场的完整型底板岩体最大破坏深度约为18 m,靠近底板隐伏断层的岩体最大破坏深度约为28 m,隐伏断层活化是促进底板破坏深度增加的积极因子;受隐伏断层存在的影响,底板岩体采动破坏范围呈现出以过隐伏断层顶部竖轴为对称轴的正"八"型破坏形态;钻孔窥视实测得到采动破坏影响范围内呈现出裂缝贯通型"环形"破坏圈的特征,底板采动破坏深度最大值约为29 m。结果表明:受隐伏断层和采动应力影响,底板破坏深度明显增大,且扩展路径沿着隐伏断层顶部斜向下发展,数值模拟与实测结果误差约为3.4%。     

跃进煤矿二水平西翼运输大巷过F2-3断层方法

跃进煤矿是具有冲击地压危害的老矿井,目前已进入深部开采。该矿在-200 m二水平西翼运输大巷掘进过程中,遇到落差为0～19 m的F2-3断层,制约了岩巷的快速掘进。对断层破碎带围岩应力进行了理论分析,提出后退挑顶过断层方法以及相适应的巷道支护方式,实践证明,该方法不但加快了巷道掘进速度,而且保证了巷道顶板的稳定。     

近断层巷道开挖稳定性分析与支护技术

为研究近断层巷道开挖稳定性及其合理的支护措施,以安里煤矿回风大巷为工程背景,采用FLAC3D对其开挖过程中FD49断层破碎带前后方围岩的应力场、变形场、渗流场以及塑性区进行了系统的分析,并在此基础上研究了锚杆排间距以及注浆加固范围对巷道围岩变形破坏特征的影响。结果表明:近断层巷道围岩越硬,其在靠近富水断层破碎带时的突水变形前兆特征就越不明显,因此,需在预留一定防突厚度的情况下对断层破碎带进行提前疏水降压处理;当巷道开挖揭露断层破碎带后,应对断层破碎带围岩进行注浆加固以及锚喷支护,其中,注浆加固范围宜取3~5 m,锚杆长度和间排距则可选2.4 m和0.8 m。     

挑水河磷矿近断层破碎带回采巷道稳定性研究

复杂地质条件下地下矿山巷道的稳定性是矿山围岩控制的难点。针对宜昌挑水河缓倾斜磷矿体近断层回采巷道,采用数值模拟方法,设置5组不同的工况条件进行对比研究。研究结果表明：回采巷道靠近断层时,由于暴露的采空区面积较大,会加大断层破碎带对于巷道稳定性的影响,必须尽量避免沿倾向布置,如果一定需要采用倾向布置回采巷道,则应当加大断层保安矿柱的安全距离,并且注意靠近断层处采空区的围岩变化;回采巷道沿走向布置时,15 m的保安矿柱可使单条带回采时的巷道基本处于稳定之中,但对于需要多条带同时开采的采区,则需要至少20 m以上的断层保安矿柱。     

大红山铁矿采区贯通后的围岩应力重分布监测

为研究大红山铁矿围岩应力分布特征，以大红山铁矿两个特大采区逐步因爆破而贯通这一特殊工程背景，在探究围岩应力分布机理的基础上，通过对微震监测和应力监测结果进行分析，重点研究了采区贯通后围岩应力重分布情况。研究结果表明：位于中II采区南部的采空区围岩体中以应力增加为主，应力增加的程度与离采空区的远近呈反比，但是在靠近采空区约20 m左右的近距离范围内产生了一定程度的卸载，结合现场观察来看，该区域岩体受力变形破裂较严重；南翼采区440 m分段、420 m分段相继回采的过程中，围岩内的应力增加速度开始明显变大，应力增加程度增大，部分临近采空区的围岩从卸载变为应力增加；中II采区下方，即南翼采区的南部区域的围岩以应力卸载为主，这对南翼回采中布置在下盘的回采进路与沿脉干线的稳定性有益，除了会受矿体回采的扰动应力外，采空区贯通产生的扰动应力对这些区域的巷道影响较小.     

正断层构造应力作用下巷道围岩破坏机理

在断层构造应力下回采巷道支护稳定性的问题日益凸显。以忻华煤矿3402工作面胶带运输顺槽开挖过断层为工程背景,对断层构造区域附近岩层应力分布特征进行分析,研究断层构造应力作用下巷道围岩破坏特征分析,进一步总结断层构造应力作用下巷道围岩稳定性所应考虑的因素,为断层构造应力下回采巷道顶板围岩稳定控制技术提供理论基础和理论参考依据。     

下保护层工作面过断层区覆岩裂隙-应力演化规律研究

为深入研究下保护层开采过断层区上覆岩层裂隙发育与应力演化特征,运用相似模拟研究方法,分析下保护层开采过断层过程中裂隙场演化、顶板断层应力变化趋势、上覆岩层运移特征。结果表明:下保护层采动容易引起顶板断层附近煤岩体破碎,形成断层带;覆岩裂隙在顶板断层带内显著增加,其密度曲线呈现"W"形分布;顶板断层底端与顶端随采动工作面接近与远离应力峰值表现出不同变化;覆岩运移具有时空效应,同一层位覆岩随工作面推进位移下沉,呈现"瀑布"状分布。     

采场覆岩两带与采空区自燃三带相关关系研究

为研究采煤工作面覆岩两带（冒落带、裂隙带）与自燃三带（散热带、窒息带、氧化带）的关系，通过建立覆岩运移模型，应用CDEM软件模拟分析了试验工作面采动空间上覆岩层两带的扩展过程，分析垂向方向覆岩两带分布对水平方向上垮落煤岩堆积状态的影响情况。通过现场埋管实测的手段以及氧体积分数法进行了采空区煤自燃三带的划分。研究表明，冒落带高度稳定情况下，采煤推进距离（48 m）与采空区散热带和氧化带的分界线（进风侧采空区以里50 m左右，回风侧采空区以里40 m左右）有较好的吻合关系。裂隙带高度稳定情况（顶板150 m处的岩层最大下沉值趋于基本稳定）下，采煤推进距离（126 m）与采空区氧化带和窒息带的分界线有较好的对应关系。     

铜山矿矿岩可崩性评价及崩落演化规律研究北大核心

为研究铜山矿Ⅱ号矿体自然崩落法的可行性,通过相似工程类比,初步获得了铜山矿矿岩可崩性分级。根据现场工程地质调查数据,基于Laubscher崩落图法建立了铜山矿矿岩可崩性评价模型,获得了三种不同拉底形状条件时的水力半径。利用GPI 3D FDEM构建了铜山矿Ⅱ号矿体自然崩落法三维数值模型,通过研究整个崩落过程中的应力与位移变化,获得了初始崩落面积和持续崩落面积,揭示了拉底速率对矿体崩落效果的影响规律、不同拉底速率拉底过程中底板应力演化规律以及自然崩落法采矿对研究区域地表沉降的影响规律。结果表明:铜山矿矿岩可崩性属中等;初始和持续崩落水力半径分别为15.5、27.5 m;拉底形状为圆形时所需拉底面积最小;发生初始、持续崩落所需拉底面积随长宽比增大而增大;断层破碎带能够促进损伤破裂向其汇集,也对损伤破裂的扩展具有阻隔作用。