三山岛北部海域金矿大规模海下开采地表岩移预测分析

三山岛北部海域金矿赋存于海平面下,设计生产能力达到12 000t/d,水下开采技术难度大,若矿体开采强度过高、顶柱隔离层保留不足,将可能造成海床沉降变形,引发海水倒灌的风险。根据矿床开采技术条件,在获取有限岩石力学参数条件下,本次采用软件模拟分析了海下矿床上向充填法开采条件下的地表岩移特征。研究结果表明,地表沉降变形最大值分布于矿体上盘区域,随着开采由深部逐渐转入浅部区域,地表沉降变形不断增大,研究建议留设160m顶柱,能够保证海下矿体安全开采。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

长周期扰动应力下盘区柱内巷道锚杆支护动态响应规律

长周期扰动应力下盘区柱内巷道稳定及盘区柱整体稳定是大规模开采的关注重点。采用数值模拟方法,构建了大规模、多中段、长周期强烈开采扰动下的数值模型,建立了锚杆支护的拉伸破断、剪切破断数值力学模型,研究了不同水平、不同阶段回采过程中盘区柱内巷道锚杆支护的受力特性和盘区柱围岩的应力和塑性区发展特征。研究结果表明:不同开采阶段不同开采水平的锚杆轴力和巷道顶板变形响应明显,锚杆剪力由于变形监测部位的限制响应程度甚微,盘区柱内巷道稳定性好。盘区柱内巷道围岩偏应力场与塑性区动态演化仅在前两个中段开采时反应强烈,大规模开采结束时盘区柱仍然能够保持正常稳定。分析方法及分析结果能够对盘区柱内巷道稳定及盘区柱整体稳定做出提前预判,为盘区柱的正常使用提供安全保障。     

吴庄铁矿盘区间柱回采优化研究

基于吴庄铁矿盘间柱宽度不确定性、两侧均为充填体且高度大的现状，为安全高效回采盘区间柱，制定了盘区间柱两侧采场充填体取芯设计方案，并对充填体进行制样，进行了实验室试块抗压强度试验。试验结果表明：一步骤采场（矿柱）充填体强度整体符合设计强度要求，二步采场充填体强度整体偏低，盘区间柱宽度较设计变化较大，宽度极其不规整，整体呈上窄下宽的规律。鉴于盘区间柱宽度不规则、二步骤采场充填体强度低于预期、采场高度大和盘区间柱回采时不能大面积暴露的特点，采用留设一定厚度间柱和采用较小采场长度的措施进行回采方案制定，制定了小采场分段空场嗣后充填法回采方案。该方案的制定和实施，对于其他类似地下矿山三步骤间柱回采工程具有借鉴意义。     

近距离煤层煤柱下应力分布和巷道支护技术

针对和尚嘴煤业近距离煤层煤柱下掘进巷道变形大的问题,在介绍地质力学特征的基础上,采用数值模拟分析上部煤层不同方式采动后,采空区和煤柱在下部煤层的应力分布情况。分析煤柱下巷道变形特点和支护要点,结合高预应力强力锚杆支护理论,提出合理的锚网与锚索联合支护设计,现场试验效果明显。     

综采工作面过上覆煤柱技术研究

近距离上层煤开采过后留有许多残余煤柱,这些煤柱往往导致下层煤开采过程中出现强烈的矿压显现情况。针对综采工作面过上覆采空区煤柱矿压显现剧烈的问题,以山西上榆泉煤矿工作面地质条件为基础,对相邻43303工作面回采过程中的矿压显现情况进行了总结分析,确定上层煤煤柱与本层煤顶板形成的次生顶板结构是造成工作面来压强度增大的主要原因,并从43302工作面过上覆煤柱前、中、后三个阶段,制定了改变采高、调斜、顶板预裂以及加快工作面推进速度等技术措施。根据现场实践效果,采用该措施能够减弱工作面矿压显现强度,改善工作面片帮、冒顶等情况,实现对工作面降压的目的,具有良好的应用效果。     

大新锰矿复杂空区群三维数值模型构建方法及胶结充填治理研究

矿山岩土工程数值分析中研究复杂空区群三维数值模型构建方法对空区治理具有现实意义。为精确分析矿山地下工程围岩移动和应力变化规律，特别是不同采矿方法形成的复杂空区的稳定性和矿柱应力变化，提出了3DMine-Surfer-Rhino-ANSYS-FLAC3D多软件联合建模方法，解决了复杂空区群三维数值模型构建和大数量小尺寸矿房矿柱网格剖分问题。以广西大新锰矿矿体开采为案例，构建了留矿法与房柱法形成的采空区的三维数值模型，模拟分析空区的稳定性和决策胶结充填治理方案。研究结果表明：（1）大新锰矿留矿法开采的空区部分顶柱有垮落风险；（2）房柱法开采的空区部分矿柱变形大，有塑性破坏；（3）对于胶结充填留矿法的空区，隔一充一充填方案治理效果更好，在治理初期地表沉降更小。     

非连续采空区矿柱力学分析的数值模拟

为探讨非连续采空区矿柱力学原理，通过FLAC3D数值模拟技术，对下向水平分层进路式胶结充填采矿法开采形成的非连续采空区中矿柱的受力状态进行了分析。研究表明，非连续采空区中矿柱所受的力主要为覆岩的自重应力，水平应力对其影响不大；随着埋深的增加矿柱承受的垂直方向的力近似呈直线增加；随着非连续采空区跨度的增加（进路数量增加），非连续采空区受垂直方向的应力逐渐由围岩两侧向矿柱中间过渡。     

某铁矿隔水护顶矿柱厚度计算及安全影响预测

科学合理地确定矿山隔水护顶矿柱安全厚度是矿山安全生产的前提条件，为保障某铁矿地表民房、道路等建（构）筑物安全，防止矿山开采过程中产生的导水裂隙带贯通第四系含水层，采用荷载传递交汇线法、K.B.鲁别涅依他估算法和冒落带、导水裂隙带高度估算法3种理论分析方法对隔水护顶矿柱厚度进行计算，并利用数值模拟手段对留设隔水护顶矿柱后的开采过程安全影响进行了分析，对理论计算结果进行了验证。3种理论计算方法得出的隔水护顶矿柱厚度分别为14.3～17.3 m、17.5～31.4 m和41.8～57.4 m，推荐隔水护顶矿柱留设厚度为60 m。通过数值模拟分析得出，在留设60 m厚的隔水护顶矿柱的基础上，开采区域和隔水护顶矿柱位置产生的最大拉应力约0.47 MPa，矿山开采不会对隔水护顶矿柱造成破坏；地表产生的最大水平位移约5.8 cm，最大垂直位移约26.5 cm，最大倾斜为1.70 mm/m，最大曲率为0.20 mm/m2，最大水平变形值为0.70 mm/m，满足相关规范要求，预测矿山开采不会造成地表建（构）筑物破坏。