高地应力破碎围岩巷道变形破坏特征及支护方式研究

巷道支护一直是阻碍矿山安全、高效开采的难题,特别是在深部高地应力区,如何通过合适的支护手段控制巷道的变形,已成为国内外学者们特别关注的工程问题。针对金川二矿区高地应力破碎围岩这一特殊的地质条件,采用现场调查与数值模拟计算相结合的方法,对研究区巷道变形破坏特征和8种不同支护方式效果进行了研究。结果表明:(1)研究区巷道的变形破坏模式可划分为6种,分别为偏压变形、顶板下沉、顶板开裂、底鼓、边墙开裂和片帮,其中片帮是最常见的一种破坏模式;(2)研究区巷道的变形破坏具有3个特征,分别为最大主应力主导性、大变形和显著的时间效应;(3)在支护方式中增加U钢支架、补充底部支护、增大锚杆长度及减小锚杆间排距几种方法均能不同程度地改善支护效果。其中,增加U钢支架和底部喷锚网支护效果最显著,可以减小约70%的巷道变形量和塑性区;增大锚杆长度能更好地控制巷道的变形和整体稳定性,但优化效果不显著;减小锚杆间排距有利于巷道各部位变形和塑性区的控制,密集的锚杆布置能够有效改善围岩的完整性,且降低锚杆排距的支护效果更好。该项研究成果为金川矿区以及具有相似地质条件的地下工程支护问题提供了借鉴。     

金川矿区深部巷道支护效果评价及参数优化研究

巷道支护问题一直是矿业工程中的难题,特别是在深部软岩巷道中,能否提供持久、有效的支护直接影响着矿山的安全生产和可持续发展。“双层网锚喷+U型钢拱架”联合支护是目前金川矿区在深部巷道支护中较常用的支护方案,为了解该方案的支护效果,在二矿区814 m分斜坡道上设立试验段,采用现场监测与数值模拟计算相结合的方法,对该试验段巷道的支护效果进行评价,并针对支护的薄弱部分提出改进措施。研究结果表明：（1）在当前支护条件下,巷道顶板和两帮围岩得到了较好的控制,但底鼓问题严重,最大位移可达110 cm;（2）针对当前支护方案的薄弱环节,提出增加锚杆长度、提高锚杆强度和增加底板支护等补强措施;（3）设计了一组参数优化方案,并对其支护效果进行了数值模拟分析,认为该优化支护方案能够有效地控制巷道围岩变形,并弥补原支护方案的缺陷。     

高分段大间距结构合理崩矿步距研究

根据大红山铁矿高分段大间距无底柱分段崩落采矿法的结构参数,结合物理模拟实验和现场工业实验,研究了放出椭球体的排列规律,以回贫差作为目标函数建立数学模型,并运用matlab求解出最优崩矿步距。工业试验表明,所求最优崩矿步距与实际情况非常接近,说明用这种方法确定的最优崩矿步距是可靠的,对生产实际具有指导作用。     

混合骨料胶结充填体的力学性能及其配比优化设计

针对质量浓度、水泥掺量、粗骨料含量及减水剂掺量４种因素对废石与尾砂混合骨料胶结充填体力学性能的影响,进行正交试验设计.通过对充填体抗压强度、坍落度进行极差分析和方差分析,得到了４种因素的影响程度和显著性影响因素.研究结果表明:质量浓度、粗骨料含量及减水剂掺量为充填料浆坍落度的显著性影响因素,而水泥掺量对充填料浆坍落度无显著影响;粗骨料含量及质量浓度为充填体早 期强度的显著性影响因素,而质量浓度及水泥掺量为充填体中后期强度的显著性影响因素;充填体后期抗压强度随粗骨料含量的增加呈先增加后减小的趋势,最佳粗骨料含量为６０％;最后就４种因素对混合骨料胶结充填体力学性能的影响进行了机理分析,建立了混合骨料充填体坍落度及抗压强度的回归模型,该模型能够准确预测混合骨料充填体的坍落度和抗压强度的变化规律.由试验结果得出该金属矿山充填料浆配比参数的最佳组合.     

金川矿山巷道支护工艺优化试验研究

对矿山巷道支护工艺优化试验进行了分析研究,从稳定性、锚固剂在支护体各时间段强度、施工进度及成本方面进行对比,指出了进行双层喷锚网改单层喷锚网的工艺优化后,由于采取加密树脂锚杆的支护形式,能够简化施工工序、使得巷道施工组织更加合理;能够抑制围岩的变形,从而提高整个矿山的建设速度.     

金川二矿区微震监测系统检测事件分类方法探讨

针对目前矿山微震监测中人工识别振动信号工作量大、效率低、准确性不高等问题,开展对振动事件的波形识别研究,对矿区岩体破裂、生产爆破、机械设备等振源信号进行事件识别、分析,并通过在金川集团二矿区建设长期、连续的微震监测系统来获取大量的实测数据进行检验,取得了有效的成果,对矿区现场事件分类和分析具有良好的指导意义。     

金川二矿区 1#矿体上盘贫矿开采对14行回风井的稳定性影响研究

为探究矿体开采过程对竖井井筒稳定性的影响,选取金川二矿区1#矿体上盘贫矿为研究对象,在分析影响井筒围岩稳定性的主要影响因素和变形破坏机理的基础上,建立金川二矿区1#矿体有限元数值模型,采用数值模拟方法对1#矿体上盘贫矿的实际采充过程进行计算,得到了上盘贫矿开采过程中14行回风井井筒在水平、竖直方向位移和应力分布的情况,根据数值模拟结果推测出井筒最容易发生变形破坏的关键位置,并通过与现场地表监测数据对比分析,验证了数值模拟计算结果的可靠性。此研究可为地下矿山在开采扰动范围内竖井井筒稳定性的判定及返修支护提供有益探索。     

混合骨料充填体强度发展规律与配比优化

混合骨料充填体强度受混合骨料配比、充填料浆质量 分数和水泥掺量等多因素影响.为探究不同因素对充填体 强度 的 影 响 规 律,并 确 定 最 佳 充 填 配 合 比,采 用 BoxＧ Behnken响应面法(RSMＧBBD)开展了混合骨料充填配合比 试验.以河砂占比、料浆浓度和水泥掺量作为影响因素,以 充填体７d、１４d和２８d强度值作为响应量,构建了不同养 护龄期的充填体强度试验回归模型.试验结果表明:混合骨 料堆积密实度随着河砂占比增大先增大后减小,充填体强度 亦表现出了相同的发展趋势.在多因素影响下,河砂占比越 大同时料浆质量分数越小时,充填体强度越低;河砂占比越 小同时水泥掺量越大时,充填体强度越高;充填体强度随着 水泥掺量和料浆质量分数的提高而增大.     

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。     

金川矿区复杂地层钻探孔壁失稳机理与对策研究

金川矿区目前资源开采逐渐向深部转移,采用的主要探矿方式为在采矿巷道中布设中深钻孔,由于矿区地质条件复杂,常出现钻孔垮孔、造浆、地层涌水、破碎等情况,影响了勘察效率。为了解矿区复杂地层影响钻孔孔壁稳定性的原因,对从矿区采取的岩样进行理化分析、微观分析和力学性质分析,结果表明金川矿区钻孔孔壁失稳主要是因为钻探过程中遇强水敏性、强破碎、强涌水和高地应力地层。通过对矿区钻孔孔壁进行稳定性评价,从冲洗液技术和工程技术等方面制定了钻探技术对策,为矿区钻探施工提供了技术支撑。