基于危险源理论对邹家山矿采场顶板事故影响因素分析

针对目前非煤矿山顶板冒落事故分析系统偏重于人为原因的问题,本文采用危险源理论,结合顶板事故发生机理,对邹家山矿采场顶板事故进行危险辨识。结果表明:顶板厚度、矿体厚度、矿体埋深、矿体倾角、抗压强度、断层以及空顶时间是影响邹家山顶板冒落事故的主要因素。     

掘进巷道破碎顶板联合支护技术应用

雁崖煤矿5305沿空巷道在掘进过F7断层期间,由于受构造应力、沿空留巷等集中应力作用,巷道掘进至520～550 m段顶板出现严重破碎现象。为了避免巷道在过断层期间出现顶板冒落事故,决定对巷道顶板原支护方式进行优化,采取"注浆+施工组合锚索悬板"联合支护技术。实际应用效果表明,采取联合支护技术后,有效地控制了断层应力区的顶板破碎,取得了显著的应用成效。     

梨树沟铁矿多空区残矿安全回采技术研究

梨树沟铁矿南部采区为倾斜中厚矿体,应用浅孔留矿法开采,因矿体倾角变化大,矿房开采高度不一,形成了多个大小不等的小型采空区,有的空区已经发生冒落,多数空区处于亚稳定状态,空区内部与周围存留大量残矿,同时空区冒落威胁了下部矿体的开采安全。在分析空区顶板矿岩临界冒落跨度的基础上,本着诱导空区围岩安全冒落和保持残矿回采工作面与空区隔离的原则,提出了先崩落空区内矿柱释放空区顶板冒落能,再用分段空区、崩落与诱导冒落相结合的方法回采残矿的技术方案。该方案实施半年多来,采准工程施工与回采的安全条件良好,有效控制了顶板围岩的冒落形式,实现了小型多空区残矿的安全回收与空区危害的协同治理。     

井下落盘区地压成因及残矿回采方法探讨

针对锡矿山锑矿田童家院矿床三中段129~185采区域部分作业采场顶板连续出现落盘的状况,阐述了各作业采场地压现象和特征,分析了区域地压发生急剧变化的原因;同时还对落盘区残留的积矿回采工艺、顶板控制手段、空区处理措施、回采过程安全监测和预报方法等进行了探讨。     

某矿采场稳定性分析及结构参数优化

某矿为薄层状矿体,矿体之间存在以泥质粉砂岩为主的软弱夹层,采场稳定性较差,不利于矿山安全生产。课题组应用3D-σ软件对矿区采场建立三维模型,对2种开采方案、3种采场结构参数进行数值模拟,计算和分析采场回采过程中矿岩体的应力、位移、塑性区及安全率的分布状况,判断采场的稳定性。数值模拟计算结果表明：采场和中段之间均留2 m的连续间柱和顶柱是非常有必要的,抑制顶板变形破坏有明显的作用,但是仍然无法控制采场顶板的破坏;在采场内留2 m×2 m点柱的条件下,点柱间的矿块跨度控制在6 m以内能保证顶板的稳定。通过安全率回归方程计算得出：在满足安全率大于1.15时,点柱间矿块的合理跨度应小于6.027 m。同时为提高采场矿石的回采率,综合考虑最终确定点柱间的矿块跨度为6 m,能达到安全与经济的有效平衡,研究成果为该矿山的安全生产提供理论性指导意义。     

大采高工作面矿压显现规律及顶板控制技术研究

针对厚煤层坚硬顶板不易垮落,随工作面的推进空区顶板形成大规模悬顶,造成工作面矿压显现强烈的问题,以三道沟煤矿85201工作面开采为研究对象,运用实验室试验、数值计算、现场观测等方法开展相关研究。研究表明,随工作面推进,直接顶上方表覆岩破坏区持续发展;超前支承压力最大值为14.5MPa,出现在距离切眼约6m处,最大影响范围约250m,明显影响范围为65m;工作面初次来压步距约为75m,来压周期约为22.5m,来压后压力下降最高达到27.94MPa,矿压显现在切眼两帮更加显著;实施坚硬顶板预裂爆破技术,可实现坚硬顶板围岩的有效控制。     

凡口铅锌矿0~#采场垮塌区影响范围数值模拟

凡口铅锌矿Sh-320 0#采场的回采过程中,因出矿不及时而致使该主矿体区成为隐患区域,采用FLAC3D快速拉格朗日差分分析方法对隐患区域稳定性进行数值模拟。结果表明,采空区两帮的最大拉应力达到1 MPa,两帮的最大位移分别为11.6和11.1 cm,顶板位移为8.0 cm,而且出现较大范围的剪切破坏和抗拉破坏塑性区,并且塑性区发生贯通。空区是在两帮充填体受横向拉伸发生垮落,同时顶板发生冒落,最终导致空区的大面积失稳。由数值模拟圈定垮塌区的影响范围,进而得出受垮塌区影响的采场分布。     

基于板壳理论的采空区顶板稳定性分析及应用

金厂河铅锌铜多金属矿主采区矿石资源消耗过快,D采区为主要补给矿块,铅锌品位低,充填掘进工程量多,充填难度大、成本高。针对金厂河铅锌矿D采区现存问题,运用弹性理论建立板壳结构力学分析模型,研究采空区顶板经历两次冒落而趋于稳定,计算分析不同方案下的采空区顶板的初始冒落高度分别为11～38 m、26～58 m、41～87 m,后续稳定冒落高度可达1.5～2.0倍采空区跨度。同时,依据采场参数和松散体特性,分析冒落67～100 m即可自然挤压冒落拱底板。为防治地表错裂塌陷,提出及时废石充填空区挤压临时矿柱,增强矿柱支撑能力和限制空区大范围冒落。以此设计空场法、留矿柱空场法和空场适时充填不同开采方案,通过空区顶板初始冒落高度、矿柱承载数值、回收矿量对比,推荐空场适时充填方案可保证D采区安全开采。     

快速掘进巷道高性能锚杆支护技术优化研究及应用

为解决凌志达煤矿大断面煤巷采用快速掘进技术空顶区顶板易冒落及围岩变形严重的问题,通过数值模拟手段研究空顶距对空顶区围岩变形的影响规律及不同支护参数对巷道围岩塑性区分布的影响规律,设计15210运输巷高性能锚杆支护方案,工程应用阶段井下矿压监测表明：最佳空顶距为4 m,高性能锚杆支护有效控制了掘巷阶段围岩变形,杜绝了空顶区顶板冒落现象,取得了较好的应用效果。     

碎裂矿段层间采动应力规律与优化

应用Phase2D对高峰矿100号延伸矿体进行了空区充填影响下的碎裂矿段层间开采应力研究, 获取了在碎裂矿段中的上向和下向不同开采顺序下的采动应力迁移规律。数值模拟结果显示, 下向式开采主要表现出明显的压应力效应, 最大压应力达到18 MPa, 低于其抗压强度, 最大拉应力值为0.47 MPa, 低于顶板充填体的抗拉强度1.2 MPa, 能够获得较高的安全系数, 其值为1.57;而在上向式的采矿过程中, 开采过程主要表现出拉应力效应, 最大的拉应力为0.79 MPa, 低于顶板矿石的抗拉强度, 大于顶板弱结构面的抗剪强度, 因而会导致弱结构面受拉破坏, 形成顶板失稳。研究结果表明, 在不同的开采顺序中, 上向式开采的拉应力效应, 有利于顶板矿体中弱结构面的发育与扩展, 形成上层顶板的冒落, 影响采场的采矿安全生产作业。为合理优化开采应力, 改善采场的拉应力状态和承载结构, 应选择下向式回采对碎裂矿段进行回采。     

Mathews图解法和Q系统分类法在苍山铁矿采场参数优化的应用

苍山铁矿矿区内褶皱及断层较发育,部分区域矿岩较破碎,给矿山生产带来安全问题。根据苍山铁矿主要矿体地质特征,利用Mathews图解法对采场顶板和上盘稳定性进行分析,基于Q系统分级进行无支护跨度计算。在确保采场顶板稳定的前提下,计算出采场的最大无支护跨度不宜超过13 m。当采场宽度为13 m时,采场最大长度不超过80 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性;当采场长度小于12 m时,采场最大长度不超过100 m,可以保证采场顶板和上盘的稳定性。根据计算结果,苍山铁矿采用了采场跨度为12 m,长度不超过100 m,最大顶板暴露面积不超过1 200 m2的采场布置方式。实际验证表明,采场顶板及上盘稳定性保持较好,未发生顶板冒落现象,采场生产能力和矿石回采率得到提高。     

补连塔矿回风大巷冒顶机理及补强支护技术

针对补连塔煤矿1-2煤五盘区回风大巷发生冒顶现象,采用现场实测、理论分析和数值模拟相结合的方法对事故原因进行分析。研究发现巷道垮落段顶板长期浸水,顶板泥质砂岩软化,巷道围岩支护体失效,从而导致了冒顶事故的发生。通过巷道冒顶机理及垮落形态分析,采用理论计算出巷道顶板浸水区域补强锚索参数,结合塑性破坏特征,提出合理的巷道补强支护设计,现场应用取得了良好效果。     

新集二矿深部沿空巷道围岩结构稳定性分析

为辨识新集二矿深部沿空巷道围岩结构特征及其稳定性,采用理论分析、数值模拟等手段,分析了08工作面沿空巷道围岩关键参数与特征,模拟了沿空掘进及回采期间围岩弹塑性变化和应力演化规律,提出了大直径钻孔、钻屑法进行高应力巷道围岩“卸压-检测”防治方法。研究表明：“煤柱-顶板”结构是控制深部工作面巷道围岩稳定的关键因素,影响该结构的主要参数是煤柱宽度与应力状态、基本顶断裂线位置、关键岩块侧向断裂跨度及其运动形态等;新集二矿深部08工作面沿空风巷留设的10 m煤柱处于塑性状态,能够与顶板、巷道形成稳定“煤柱-顶板”结构,掘巷与回采均不会诱发煤柱和顶板失稳。     

某铝土矿采场结构参数优化数值模拟

采场结构参数是地下矿山开采中影响开采安全和回采效率的重要因素,合理选择采场的结构参数是矿山亟需解决的技术难题。以某铝土矿采场结构参数优化为研究对象,综合分析了某铝土矿矿体的赋存条件,采用FLAC3D三维数值模拟软件,构建了直接顶板为土状岩体的铝土矿分条回采模型。为确定较为合理的采场结构参数,分别选取7、9、11 m三种采场开挖方案,分析了不同结构参数下的围岩变形、应力分布和塑性区分布特征。对比各方案应力、位移、塑性区之间的变化。结果表明,7 m跨度下采场整体处于稳定状态;当跨度增加到9 m,采场顶板出现一定的塑性区;当跨度继续增加到11 m,采场顶板的塑性区范围和位移量进一步增大,采场中间存在沿条带方向出现垮冒的风险。因此,为了保证采场稳定性与安全,建议采场跨度选择9 m。研究结果为类似铝土矿矿山采场结构参数的确定具有借鉴意义。     

香炉山钨矿采空区现状调查及治理建议

针对香炉山钨矿复杂采空区治理难题,采用现场编录的方法,从矿柱高度、空区顶板跨度、空区暴露面积三个方面进行了调查分析,结果显示:矿柱以5~10 m为主,占51%;顶板跨度以10~20 m为主,占73%;空区顶板主要在1000 m2以下,占83%。根据调查结果对空区治理提出建议:采用逐步治理的方法,优先治理高大高危采空区,空区治理的重点为五坑口和二坑口,同时也是矿石回采的重点区域,为矿山采空区治理和残矿回采指明了方向。     

西石门铁矿残矿回采复杂围岩巷道掘支技术

西石门铁矿采用平底堑沟底部结构的诱导冒落法开采下盘残矿,由于下盘围岩软破且受原采空区的影响,采准工程的掘进与维护均十分困难。为解决该问题,在调查分析残采巷道破坏特点的基础上,将残矿采准工程分为3类:1实体软破围岩,该类围岩多半采动应力大,且应力方向变化复杂,巷道开挖后支护拱架扭曲变形严重,为减缓变形速度和调节应力方向,采用喷锚网+U型可缩性金属拱架联合支护形式;2散体围岩,该类围岩多为矽卡岩+粉矿,虽经过一定的沉实作用,巷道掌子面能够立住,但开挖后顶板易坍塌,为此采用超前锚杆+U型可缩性金属拱架结合支护形式;3巷道穿过冒落空区,此时空区高度多为5~7 m,宽3~5 m,顶板易发生掉块现象,为此设计采用整体拱棚支护技术。上述措施实施后,西石门铁矿残矿回采工程的稳定性得到了有效控制,改善了矿井安全生产条件,实现了复杂残矿的安全回采。     

铝土矿地下开采顶板冒落预防初探

铝土矿地下开采顶板冒落事故,严重影响和制约着矿山安全运营。为确保铝土矿地下安全开采分析了铝土矿地下开采中可能产生顶板冒落事故的原因,针对性地提出了预防冒顶事故的具体措施,对铝土矿地下开采顶板安全管理具有实际指导意义。     

下伏煤层空巷对上覆煤层开采的影响

为研究上覆煤层工作面过下伏煤层空巷的难题,基于基安达矿1002工作面突水事故,分析了下伏空巷对上覆煤层开采影响和含下伏空巷煤层开采底板贯通空巷演化过程。结果表明:10号煤层开采后底板破坏深度5.54 m,大于煤层间距5.4 m,下伏空巷对上覆煤层开采有突水威胁;在距空巷0 m应力集中区穿空巷且范围最大,4 m时应力值最大;在过空巷0、4、8 m时空巷左帮、顶板、右帮塑性区依次贯通底板,贯通宽度为2、4、8 m。过空巷8 m时空巷围岩发生大面积破坏此时极易发生突水。     

布尔台矿保留巷道顶板剧烈下沉机理及其控制

针对布尔台煤矿22205工作面辅运巷600～1 850m出现顶板剧烈下沉现象,通过现场监测、数值模拟、理论分析等手段研究了巷道顶板围岩破坏特征及发生机理,研究表明:剧烈下沉段顶板普遍淋水,围岩破坏深度可达5m以上,顶板含水导致围岩强度软化,在侧方采空区高偏应力场作用下塑性区急剧扩展,并呈非对称性分布,导致塑性区与直接顶之上的夹煤层塑性区贯通,夹煤层塑性区释放膨胀压力作用于直接顶,进一步加剧了顶板的不稳定性。基于此提出巷道分段补强支护参数以及二次采动超前支护措施,保证了22205工作面回采期间巷道的安全使用。     

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后，由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区，使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响，以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景，对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化，并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数；并以此为基础建立数值计算模型，重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征，以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明：3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m；对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言，其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大；相比于一次采动，二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大，侧向支承压力集中程度也明显提高；留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用，侧向支承压力有明显的应力集中；受重复采动影响，两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象，且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通...