基于DIMINE-MIDAS/GTS的采空区稳定性分析

随着矿山的开采,形成大量的采空区,采空区的存在严重威胁井下作业人员安全,并影响企业的长期发展。为了保障安全生产,采用室内试验、数值模拟等技术手段针对南川河石灰岩矿井的地下采空区进行了稳定性分析。在室内岩石力学试验基础上,根据Hoek-Brown准则及其强度参数的估计法,对该矿的岩石力学参数进行折算,利用大型三维矿山软件DIMINE建立有限元三维数值模型,结合有限元数值分析软件MIDAS/GTS进行矿山开采及采空区稳定性有限元数值模拟分析。得出结论:老采空区顶板出现拉应力破坏,局部最大拉应力为2.27MPa,易发生冒顶片帮事故;13号矿柱产生主应力集中,处于压应力破坏;采空区周边矿柱仅有少量单元发生塑性破坏,塑性区主要存在于采空区顶板;地表位移沉降较小,矿山采空区基本处于稳定状态。     

下伏岩溶路基稳定性分析及处治技术研究

以某高速公路下伏大溶洞为工程背景,通过FLAC3D软件进行数值模拟分析,以塑性区贯通度、竖向应力位移场与最大最小主应力场为评价稳定性的参量。计算结果表明该溶洞对路基稳定性不利,采用凿穿顶板、回填卵石块石与加铺混凝土进行综合处治,通过多点位移计进行工后近2年的沉降位移监测,最大沉降量约为30 mm,满足路基沉降要求,监测数据论证了该处治方法的可靠性。     

某矿复杂采空区顶板稳定性数值模拟与监测

为了研究某矿山复杂较大采空区顶板的稳定性,寻找治理办法,收集了空区相关数据并进行整理,运用surpac建立三维模型,通过FLAC~(3D)进行数值模拟计算,结果表明,空区正上方沉降量最大且呈凹陷状,无论水平方向还是垂直方向,监测点距空区越远则沉降量越小;在矿区较大采空区的邻近围岩布设了多点位移计进行监测,监测数据与数值模拟结果相吻合,空区顶板稳定,不受破坏,结果为矿区安全生产提供了依据。     

卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度研究

地下采空区给露天生产带来了极大的危害,采空区顶板安全厚度的确定是露天生产的重要安全保障。为了研究卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度,通过对矿山原有采矿技术条件和地质资料的分析及现场实地测量和调查并结合钻孔探测等手段,确定了露天矿下采空区的分布情况。以此分析地下采空区与露天境界空间关系并对露天边坡危险区进行区划,利用理论计算和数值模拟手段对最危险区域的采空区顶板安全厚度进行研究。结果表明:在最危险区域范围内,对不同采空区范围,不同位置的采空区进行模拟结果分析,露天开采的采空区隔离层安全厚度为16m(2个台阶高度),采空区对露天开采的影响较小。     

闭坑矿山多层空区消纳盾构渣土稳定性分析

为确保由石材厂改造建成的渣土消纳场的安全运行,利用有限元分析软件FLAC~(3D)对原石材厂开采过程进行数值模拟,综合分析地下采空区对地表房屋及消纳作业场所的影响。结果表明:采空区顶板位移沉降量较小,大部分顶板围岩拉应力为0.1~0.13MPa,大面积受拉破坏可能性小,但可能出现局部冒落现象;采空区上方岩体移动范围影响至地表,最大位移发生在6号采空区的顶板位置,处于目前消纳场作业区域,采空区上方地表位移3~4 mm。渣土浆充填入采空区后将改善采空区的稳定性,对地表房屋及渣土车作业场所影响较小。     

浅埋采空区顶板应力变形与地表沉降的动态关系分析

地下采空区引起的地表沉降逐渐成为了一种常见的地质灾害,为避免该类灾害发生,越来越多的监测技术与监测设备应运而生,但是目前对于监测数据的分析利用却并不充分。利用弓长岭露天铁矿浅埋空区顶板的锚杆应力计、多点位移计、液压水准仪的多传感器联合监测结果,运用自回归分布滞后模型(Autoregressive Distributed Lag,ARDL)对地表沉降与采空区顶板岩体内的应力、位移之间的动态关系进行了研究。自回归分布滞后模型(ARDL)估计结果表明,浅埋采空区的顶板岩体内产生的应力、位移与地表沉降之间存在长期和短期的影响,且滞后1期的应力、位移对地表沉降的影响最为显著。在上述分析的基础上,提出了相应的多传感器监测信息融合与预测模型构建的对策建议,即可以由采空区顶板岩体内滞后的应力、位移时间序列数据预测地表沉降,由机器学习等算法建立3个变量之间的非线性函数关系,进而构建预测模型,可以有效体现出地表沉降过程中浅埋采空区顶板岩体的响应机理。     

三道庄矿露天和地下岩体工程灾害监测预警应用

三道庄矿为典型的地下转露天开采矿山,经过前期几十年的地下无序开采,目前在露天台阶下方形成了大量极复杂地下采空区。针对采空区分布特征,建立了一套地下和露天联合监测的48通道微震监测系统。通过长期现场监测,确定了微震事件率、微震定位事件空间聚集度、微震b值、微震分形维值、能量指数—累计视体积和微震事件时间熵的六个微震预警参数及"三个数值四个趋势"的预警阀值。同时,对矿山典型的岩体工程灾害进行了监测预警分析,证明了该预警方法具有较强的适用性。建立的微震监测系统多次对地表台阶开裂、塌陷和井下冒顶片帮等进行了监测预警,为矿山的安全生产提供了重要的技术保障。     

三道庄矿露天和地下岩体工程灾害监测预警应用实践

三道庄矿为典型的地下转露天开采矿山,经过前期几十年的地下无序开采,目前在露天台阶下方形成了大量极复杂地下采空区。针对采空区分布特征,建立了一套地下和露天联合监测的48通道微震监测系统。通过长期现场监测,确定了微震事件率、微震定位事件空间聚集度、微震b值、微震分形维值、能量指数-累计视体积和微震事件时间熵的六个微震预警参数及“三个数值四个趋势”的预警阀值。同时,对矿山典型的岩体工程灾害进行了监测预警分析,证明了该预警方法具有较强的适用性。建立的微震监测系统多次对地表台阶开裂、塌陷和井下冒顶片帮等进行了监测预警,保证了无地压灾害安全事故的发生,为矿山的安全生产提供了重要的技术保障。     

某铁矿采空区治理技术研究

某铁矿采用留矿法开采,生产中在井下形成了不同规模的采空区,并在采空区顶板遗留了部分高品位矿石,为了消除采空区对井下生产及地表环境设施造成的威胁,并适时回收顶板高品位矿石,本文采用相似模拟实验分析了充填散体结拱及流动特性,确定了地表充填井合理尺寸及布置参数。结合采空区存在状态,提出了地表钻孔监测与废石充填相结合的采空区治理方法;根据采空区顶板矿体分布情况,研究提出了地表台阶剥离+中深孔爆破的顶板矿体回收方法。该方法已被矿山成功应用,可为类似条件矿山的采空区治理提供借鉴。     

弓长岭露天铁矿浅层采空区稳定性数值模拟

由于历史原因，弓长岭露天铁矿周边地方小矿点不规范乱采乱挖，导致在独木采区形成了大量的浅层采空区，迫于生产需求，需要对独木采区小北沟空区进行爆破处理。为了保障牙轮钻设备及人员安全，需要对空区的稳定性进行评价。考虑到弓长岭露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征，运用FLAC3D数值计算，开展了小北沟空区静力学计算和空区上方承载牙轮钻机的计算分析。研究表明：采空区形成后，在顶板处产生的最大压应力值为2 MPa，在顶板处产生的最大拉应力值为0.25 MPa，产生的压应力和拉应力均不是很大；地表12个监测点显示，地表最大垂直位移值不超过10 mm；在地表危险区域1施加牙轮钻机等效载荷，产生最大的垂直位移约为0.56 mm，在地表危险区域2施加牙轮钻机等效载荷，产生最大的垂直位移约为0.48 mm，牙轮钻机不会对地表沉降产生明显影响。     

佛子冲矿采空区群模糊聚类分级及综合治理

为对佛子冲矿104#矿体采空区群进行稳定性分级及综合处理研究,在前期空区探测的基础上,基于三维数值计算软件ANSYS与FLAC^3D耦合,对采空区的稳定性进行模拟分析,选取空区顶板暴露面积及数值计算得到的采空区顶板最大主应力、最小主应力、最大位移4个因素,运用模糊聚类理论对空区进行聚类,实现采空区稳定性4分类。针对4采空区分别提出加强监测管理、加强支护、部分充填和全部充填等处治措施,以保障佛子冲矿生产安全,节约空区处理成本。     

浅埋大采空区残矿回采上覆岩层及井筒稳定性研究

为了保证浅埋大采空区残矿回采上覆岩层、井筒的稳定性以及矿区上方宿舍、设备和人员的安全,以朝不楞矿区为工程背景,在前期勘探取样、现场测试和室内力学实验的基础上,分析了矿体采空区顶板和井筒的破坏机理,基于H-K体建立了矿体采空区顶板流变力学模型,为残矿回采提供了理论依据;并且采用FLAC^3D数值模拟软件,分析残矿回采上覆岩层和井筒的应力、位移变化规律。研究表明：Ⅲ区回采后,上覆岩层最大拉应力为0.13 MPa,最大位移为1.6 mm,井筒最大拉应力为5.9 MPa,最大位移为0.2 mm,均满足限定标准。该研究成果可为浅埋大采空区残矿回采提供参考。     

流变作用下露采岩质边坡和采空区的稳定性分析

针对井下开采转露天开采现状,分析了岩体材料蠕变力学特性对采空区和边坡稳定性的响应。采用改进的西原蠕变模型,对边坡安全系数的求解进行了推导,然后通过工程算例进行了数值计算,研究了采空区安全顶板的厚度和采空区边坡稳定性的影响。计算结果表明:蠕变效应下,采空区安全顶板的厚高比要比工程经验规定的值偏大,且采空区边坡垂直位移的变化对其稳定性有显著的影响,拉剪塑性区主要分布在边坡的中上部和深部采空区,并不是在矿体中,算例验证了该模型的计算是可靠的,为采空区边坡的稳定性分析提供了参考。     

充填体荷载作用下金属矿山采空区顶板稳定性分析

针对如何提高研究区深部矿体采矿活动安全性的问题，通过理论计算方法和数值模拟计算法对采空区顶板的稳定性进行了分析。结果表明，厚跨比理论、载荷传递交汇线理论和结构力学梁理论求得的采空区顶板安全厚度基本一致，具有较好的线性变化关系，获得采空区顶板安全距离为10.0～18.0 m(采空区跨度为20 m);通过数值模拟极端后，确定了研究区顶板的临界破坏厚度为12.5 m,最终确定了采空区顶板的安全厚度为15 m。此时，采空区的水平方向最大的位移量可达28.2 mm,垂直方向上最大下沉量可达368 mm;采空区开挖后的最小主应力为-1.42 MPa,最大主应力为-6.7 MPa。     

二步采场回采下的一步采空区稳定性分析

随着大直径深孔采矿法的推广应用,空区失稳坍塌问题凸显,加强采空区管理,开展开采过程中的采空区稳定性分析十分必要。本文采用目前先进的BLSS-PE矿用三维激光扫描系统辅助建立了某矿山生产中段采空区数值计算模型,结合应力与位移分布云图,得出二步采场回采对一步采场空区稳定性的影响大小,结果表明,二步采场回采使得一步采空区周围的应力集中范围进一步扩大并与一步采空区形成了应力叠加,在矿柱位置出现了应力集中,最大集中应力约为26 MPa,且垂直方向上的位移增加,最大位移量接近5 mm,存在顶板垮塌风险。     

基于微震监测多方法的采空区群稳定性分析

精准分析采空区群的稳定性对于矿山安全生产有着重要的意义。本文以内蒙古白音诺尔铅锌矿地下采空区群为研究背景，首先采用三维激光扫描技术，建立地下复杂的采空区三维可视化模型。在此模型基础上应用Mathews图解法对空区顶板及上盘稳定性进行评价；并通过数值模拟方法，分别从采空区的位移场、应力场及塑性区分布，分析空区的稳定性状态；由前述工作指导设计了微震系统的传感器空间布置，最后从微震事件空间分布规律角度分析了采空区群的稳定状态。研究结果表明：3-5#和3-6#空区稳定性较差，3-2#、3-4#及3-7#空区稳定性一般，其他空区稳定性较好。研究成果可帮助矿山生产规避风险，同时也为后续采空区处理提供技术支撑。     

大型深凹露天矿边坡稳定性研究及智能监测系统应用

深凹露天矿山开采过程中易产生滑坡、泥石流、危岩垮落等地质灾害,为保证露天采场人员及设备安全,需开展深凹露天矿边坡稳定性研究。利用3DMine构建深凹露天矿三维模型,而后导入FLAC3D进行8个分区的露天矿边坡应力应变数值。从竖直方向位移、最大（小）主应力分布状态、剪切应变方面进行分析得出：竖直方向几乎无位移,露天边坡整体稳定性较强;局部台阶坡面存在应力集中现象,应加强监测。在实际工程中,矿山引入边坡智能监测系统,利用雷达扫描及GNSS在线数据集成技术形成三维可视化边坡模型,实时监测边坡空间位移变化数据,实际监测结果表明开采后边坡薄弱面发生位移,与数值模拟结果一致。文章创新点在于利用有限元数值模拟手段与实际工程中的三维智能监测系统相结合,可有效防治露天开采时所面临的地质灾害问题,对同类高大边坡安全稳定性研究具有一定的参考价值。