深部高应力复杂环境特大型水平矿柱开采方案优化研究

针对金川二矿区1000m中段厚60m的特大型水平矿柱开采面临的矿岩稳固性差,地压显现剧烈,上、下充填体贯通等不利条件,初选出两种连续回采方案,即:方案一,1000m与850m双中段单"V"型开采;方案二,1000 m双"V"型与850m单"V"型开采。利用有限差分软件FLAC~(3D)对初选的两种方案进行数值模拟,从连续回采过程中矿岩和充填体稳定性两方面对两种方案进行了对比分析。综合分析结果表明,方案二对水平矿柱的开采扰动相对较小,矿柱的整体稳定性较好。     

高应力环境水平矿柱稳定性对回采顺序响应特征

深部资源高效开采逐步常态化,深部高应力环境引发的系列安全问题已突出显现,为深部资源高效回采提出了巨大挑战.针对深部多中段多矿房同时回采中的安全问题,从回采顺序合理优化的角度,阐述了回采顺序让压作用原理,通过数值模拟试验进行了水平矿柱稳定性观测,分析了水平矿柱稳定性对回采顺序的响应特征,提出了水平矿柱稳定性调控方案.研究...     

水平应力对深部大采高开采煤壁稳定性影响研究

煤壁片帮破坏一直是影响大采高工作面安全生产的一大难题,这一问题在深部开采条件下更加突出,水平应力对煤壁稳定性程度愈加明显。针对这一问题,以某矿1303工作面为背景,采用现场实测、岩石力学试验、数值模拟等手段研究了水平应力对煤壁稳定性的影响。研究结果表明:深部开采条件下,大采高工作面煤壁片帮主要表现为压剪以及拉剪两种破坏形式,且以拉剪形式为主,其原因可能是深部开采地应力比较大,水平应力普遍大于垂直应力;围压越大,卸围压条件下,煤样破坏时的强度越小,对应到工程实际,深部开采条件下水平应力越大,开挖卸荷程度越大,煤壁越容易发生破坏;当水平应力很小时,煤壁片帮程度较轻,随着水平应力的增加,煤壁破坏的深度与破坏面积都明显增加,煤壁水平位移逐渐增大,且最大水平位移发生在煤壁的中上部,受水平应力影响,煤壁破坏前变形很大。     

开采扰动下水平矿柱稳定性数值分析研究

采用数值模拟计算的方法分析了某矿山-290 m水平矿柱在开采扰动过程中的力学效应显现规律。研究结果表明,上部中段采场胶结充填及硐室开挖后,应力向水平矿柱转移;下部中段开采后,水平矿柱整体处于高度应力集中状态,大部分区域都能从开采过程中的拉剪破坏恢复到弹性工作状态。综合分析结果表明,水平矿柱在开采扰动过程中整体稳定性良好。     

充填体下水平矿柱开采技术研究

充填体下水平矿柱应力较为集中,其开采顺序及采矿方法对控制水平矿柱以及矿区稳定有重要作用。开展水平矿柱开采顺序研究,采用水平矿柱与矿柱协同开采顺序。对水平矿柱可行的采矿方法进行分析,选用安全高效的采矿方法。通过制定合理的开采顺序以及采矿方法保证水平矿柱回采过程稳定,最大程度回收水平矿柱资源。     

深部高应力矿柱应力隔断帷幕的卸荷效应研究

应力隔断帷幕是实现深部高应力岩爆隐患型矿柱主动卸荷的重要对策之一,仍存在卸荷效应不清晰、卸荷效果缺少定量化评价等问题。以会泽铅锌矿采矿实践为工程背景,应用数值模拟技术,研究了应力隔断帷幕实施前后的应力场、变形场和岩爆应力风险指标的变化特征。研究结果表明：基于应力隔断帷幕的底柱采场卸荷,并没有使应力消除或消失,而是改变了应力的传递路径,使应力集中远离目标开采区域,从而实现了对目标开采区域的“卸荷”。应力隔断帷幕实施后的上盘与下盘变形量增幅明显,变形能得到了快速释放,起到了对高应力底柱的有效卸荷作用。应力隔断帷幕的实施大幅度降低了底柱的岩爆应力风险指标,岩爆事件发生的概率和量级大幅度降低。研究方法与结果为类似条件下的深部高应力矿柱的安全开采提供了技术支撑。     

大盘区高应力下矿柱回采稳定性数值模拟

在对大团山-580 m中段以上现场地质调查及矿岩取样的基础上,为尽可能地利用现有采准系统,在空区不进行前期充填的情况下,采用FLAC3D数值模拟手段,以回采宽度划分回采方案,对大空区高应力条件下盘区矿柱的部分或全部回采进行稳定性分析,研究矿柱内部应力及位移变化规律,结合前期的岩石力学理论分析,得出最优方案,保证回采工作的顺利进行。     

特大型水平矿柱稳定性数值模拟

金川二矿区采用多中段大面积连续回采工艺,水平矿柱开采稳定性是关系到二矿区乃至整个金川集团公司能否持续稳步发展的关键技术问题。采用FLAC三维有限元数值分析方法对此进行了研究,研究表明,在多中段回采过程中,水平矿柱的开采是个平稳回采过程,今后水平矿柱回采不会出现应力过大集中,也不可能出现水平矿柱灾变失稳。     

矿柱结构的应力测量及稳定性分析

采用孔径变形应力解除法，测量了某大型磷矿采空区中柱结构的应力分布规律。分析了矿柱结构和承载能力，对其稳定性作出了评价。     

高应力条件下矿柱群安全开采技术研究

大规模矿柱群开采和采空区处理,涉及应力状态分析、合理顺序崩落控制、贫化损失控制、必要的效率及低成本等问题,一直是采矿界的一大难题。课题结合华锡集团铜坑矿高应力条件下矿柱群开采实践,开展了矿山地压活动与规律的分析模拟,基于大量开采的不同类型矿柱回采技术方案设计,应用束状大直径深孔爆破技术,实施一次爆破总装药量32.1 t的矿柱回采爆破工程,实现铜坑矿92#矿体矿柱群的安全高效开采。     

高水平应力下孤岛破裂矿柱开采技术研究与应用

铜坑矿92^#矿体采用空场嗣后废石充填法、组合崩落法进行开采,由于采空区治理不及时、不彻底,预留的盘区柱在高水平应力作用下片帮、冒顶,成为难采孤岛破裂矿柱。以201^#线孤岛破裂盘区柱为试验采场,通过开展岩石完整性测试,评价采场底部结构的稳定性,采用数值模拟方法对盘区柱破裂演化规律进行分析,评价破裂矿柱诱导崩落的可行性,并运用"部分空场-诱导崩落法"联合回采,实现破裂矿柱诱导崩落,试验采场贫化率由29.4%降低至17.5%,损失率由43.8%降低至26.3%,取得良好的安全生产效果,可为其它类似开采条件的破裂矿柱回采提供技术参考。     

充填体下水平矿柱回采方案研究

安庆铜矿在生产过程中为确保高中段回采安全,在-385~-400 m之间留有约15 m厚的水平矿柱。随着开采深度加大,预留矿柱量越来越多,为最大限度地回采矿石,现对水平矿柱进行回采。根据工程实际情况,对水平矿柱的回采方法提出上向中深孔嗣后充填,下向中深孔嗣后充填,上向进路分层充填3种方法,3种方法在回采效率和安全性上进行对比,着重考虑回采过程安全性,建议采用上向进路分层充填法进行回采。同时,针对上向充填法的回采顺序提出中间向两翼,左端向右端,右端向左端,两翼向中间等4个方案,耦合surpac与FLAC3D构建矿区数值模拟分析模型,对该4个方案在-385 m中段进行开挖模拟运算。分析结果得出：两翼向中间回采方案垂直位移量最小、最大拉应力较小、塑性区域最小,为最优回采方案。     

上部残矿回采对矿床深部开采稳定性的影响

凤凰山铜矿已对-240m中段以上的残矿进行回采，以稳定矿山的生产能力。上部残矿的回采必将影响到深部中段开采的稳定性。通过力学模型对-240m中段的水平矿柱稳定性进行计算、分析，初步得出了结论，并对矿床深部的安全回采提出了3点措施。     

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研

根据某矿山开采实际, 利用PFC^2D建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型, 分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明, 崩落法回采时, 上部隔离矿柱发生了破坏, 上盘地表出现拉应力集中, 塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前, 回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后, 上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大, 且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时, 隔离矿柱未出现整体破坏, 上下盘地表未出现明显塌陷, 上下盘地表和回填体的水平应力变化不大, 但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。     

金川矿区深部高应力碎胀蠕变岩体支护对策

金川矿区岩石力学与巷道支护的研究已有几十年的历史，但是随着矿山开采深度的增大和大面积开采的采动影响，深部巷道围岩表现出明显的碎胀蠕变特性，巷道支护问题己成为矿区可持续发展的关键，通过分析巷道围岩的应力规律、特性，以及对目前使用支护形式的分析，提出深部巷道围岩的支护对策。     

深井高应力高温缓倾斜矿床开采技术研究

根据冬瓜山深井高应力高温缓倾斜矿床开采技术条件,提出了相适应的阶段空场嗣后充填采矿方法;通过采取暂留隔离矿柱、充填、支护、岩爆监测及高温热害控制等措施,达到高效安全开采的目的。介绍的防岩爆、防高温等深井采矿技术,值得同类矿床借鉴。     

地震波对条带开采煤柱动态稳定性影响研究

由于地震波、爆破震动等动态应力作用下,采空区的响应对煤矿安全开采、地表沉陷控制等具有重要影响,基于弹性力学平面波理论,讨论了地震波诱发煤柱失稳的机理;利用有限差分方法对某条带开采采空区进行静力计算,在此基础上进一步分析了在地震波作用下采空区煤柱的动力响应。研究表明：在静力条件下,采空区煤柱处于稳定状态,能有效地支撑上部岩体;在地震波作用下,煤柱两侧屈服程度增加,应力减小,煤柱的应力向中部转移;塑性区向煤柱内部及顶底板扩展,煤柱稳定性降低。因此在开采设计时,应考虑地震等动载荷对采空区稳定性的影响。     

煤柱稳定性的微震监测研究

 为了监测李雅庄煤矿深部采区采场及覆岩运动,建立了SOS监测系统,采用“D值理论”方法,在李雅庄煤矿深部采区布设11个监测台站,给出了井下波速测定方法,对李雅庄煤矿深部采区工作面覆岩运动进行研究,发现受采动影响工作面煤柱及覆岩在高应力作用下,发生大量微震事件,煤柱表现出不稳定性。根据覆岩的层状结构建立了煤柱及其顶板覆岩的力学模型,分析了煤柱覆岩破坏的机理。利用微震系统监测煤柱及顶底板岩层活动,为煤柱的稳定性进行了评价。     

水平应力对极近距离煤层回采巷道的影响分析

以五虎山矿9#、10#煤层赋存及开采地质条件为背景,运用数值模拟的方法对上层开采引起的底板应力分布规律进行研究,分析了水平应力对采空区F极近距离煤层回采巷道的影响。研究结果表明:采空区边缘所谓的"应力降低区"只是对于垂直应力而言,而在此区域的水平应力并非降低区,垂直应力最小处水平应力最大,垂直应力最大处水平应力最小;二者均在距采空区煤壁20m处趋于平稳。回采巷道在应力平稳区围岩变形最小,有利于巷道掘进及维护。     

高水平应力跨采巷道围岩稳定性模拟研究

某矿地应力测试结果表明,水平应力是垂直应力的2.46～2.72倍.受高水平应力、采动、支护等综合因素影响,该矿底板巷道变形严重,巷道返修2～3次仍难以满足生产要求,影响了矿井的正常生产秩序.针对该矿底板巷道工程地质特点,通过数值模拟手段研究了高水平应力条件下底板巷道在采动过程中围岩位移场与应力场分布的形态,得出该类巷道肩角处是首先发生破坏的弱结构部位,即影响围岩稳定性的关键部位.因此提高弱结构部位的强度,从而使支护与围岩共同作用形成有效承载结构,是治理高水平应力跨采巷道的主要技术途径.结合受上部煤层开采影响中三石门工程,提出了在关键部位采取非均匀支护技术体系并进行了现场实践.结果表明,该技术有效控制了巷道围岩变形量,为矿井的安全生产创造了条件,取得良好技术经济效益.