CMS实测地下矿采空区建模及稳定性分析研究*

传统的采空区稳定性分析建立的数值分析模型,对空区的形状进行过多的简化,使得建立的空区模型过于简单,稳定性分析的结果可靠性较差。借助三维激光空区监测系统对地下矿山采空区进行三维扫描,精确的获取激光头到空区边界的距离。将全站仪测量的定位点坐标输入到CMSposprocess处理软件,将生成的数据输入到矿业工程软件3Dmine中建立起空区的实际赋存模型。研究用VC++编写出可以将3Dmine软件输出的块体质心点坐标直接导入有限差分软件FLAC3D中的应用程序,从而建立起空区力学模型,形成从实测模型到力学计算模型的新方法,大大提高了采空区稳定性分析的准确性和可靠性。结合石人沟铁矿空区稳定性分析工程实践,对石人沟铁矿-60 m水平南区空区进行静力计算,分析空区稳定性,获得了良好效果。     

某方解石矿群空区稳定性数值模拟分析

地下开采的矿山采用空场法回采时,会留下许多采空区,当这些采空区构成群空区时,对矿山是一个重大的安全隐患,需要根据采空区的特性提出合理治理措施,因而群空区的稳定性评判至关重要。为了分析研究某方解石群空区的稳定性状态,进行了矿山现有采空区的调查,确定采空区的基本信息,然后采用数值模拟计算方法,建立矿山采空区三维立体模型,分别从采空区跨度和留设的点柱尺寸方面进行了3组模型的数值模拟计算分析,确定矿山采空区的安全跨度和安全矿柱尺寸,从而判断群空区的稳定性,为后续采空区治理提供理论依据。     

塌陷空区治理及稳定性分析

毛坪铅锌矿在采矿活动中,地下空区发生了垮塌,导致矿区地表边坡出现多处塌陷坑及裂缝,危及了地表的安全,影响了井下矿体的回采。对山坡坍陷开展工程地质调查,并分析其成因,提出井下塌陷空区采取充填及封闭处理,对地表塌陷坑进行高、低压注浆加固固结充填体,并清理地表危岩。采用数值模拟的方法,进行了空区治理前及空区治理后的稳定性对比分析。分析结果认为矿山采用的治理方法能够保证矿山地表稳定,保障矿山深部矿体的安全开采。     

基于CMS及DIMINE-FLAC~(3D)耦合技术的采空区稳定性分析与评价

在矿山安全生产建设中,对井下空区进行探测、对空区安全性及地表移动规律等进行分析评价,以及制定科学合理的空区处理方案非常重要,这对延长矿山现有资源的开采年限,为矿山的安全高效开采制定科学的开发利用方案具有重大的现实意义.应用空区探测系统(CavityMonitoringSystem,简称CMS),精确地获取地下矿山采空区的三维形态和准确的空间位置,并借助大型三维矿床软件DIMINE建立起了空区的三维形态模型,通过耦合方法实现在FLAC3D中生成能准确反映空区和围岩地质结构及岩性条件的数值模型,简化复杂空区稳定性计算的结果,并提高了准确性和可靠性.结果表明,使用地质模型转换的数值计算模型,对采空区稳定性进行了成功的模拟,并证明采用"地质-数值"耦合方法的方法对采空区稳定性研究是可行的.     

空区三维激光探测技术及稳定性分析

由于受采空区周边地质条件和探测技术的制约,传统空区探测技术手段无法得到工作人员不能进入的空区精准数据,以此为基础进行采空区稳定性分析的可靠性程度很低。利用三维激光扫描系统（MDL-VS150）对空区进行精准的激光扫描,基于三维激光探测所得的点云数据,结合3Dmine软件建立采空区的三维实体模型,运用FLAC3D软件进行空区稳定性分析。根据计算结果对某铁矿采空区的位移和应力进行分析,采空区垂直位移量最大为4.437 cm,围岩的最大拉应力和压应力分别为0.795、3.221 MPa,均小于岩体的抗拉及抗压强度。由此表明,采空区处于稳定状态,在短期内不会发生破坏,但为了矿山长期发展应对空区及时采取有效处理措施。     

3DMine在建立空区和残矿模型中的应用

利用3DMine,建立矿山地表、矿体、井巷、空区和残矿模型,实现对这些模型的动态显示和基本三维分析功能,有助于弄清空区的状态,确定相邻空区贯通情况,查明空区中残矿的位置和赋存状态,以分析在空区中残采时的地压类型。     

基于Faro-3DMine及Midas-FLAC3D耦合技术的实测采空区群稳定性分析

采用数值模拟法进行实测采空区群稳定性分析存在建模效率低、数值模拟精度差的问题。介绍了一种高效的实测复杂三维采空区群稳定性分析技术,以北辛庄矿区为例,采用Faro激光扫描仪探测采空区群,经3DMine处理生成矿山三维采空区群模型和多组剖面线,再导入Midas中建模,最后在FLAC~(3D)中进行采空区群稳定性数值模拟。结果表明:基于Faro-3DMine及Midas-FLAC~(3D)耦合技术能高效的对复杂采空区群进行精细化建模,准确模拟分析采空区群的稳定性,为采空区群治理提供了理论依据。     

基于CMS实测及Midas-FLAC~(3D)耦合的复杂空区群稳定性分析

以某矿山复杂空区群为例,利用CMS探测及Midas-FLAC3D数据耦合技术,分析了空区群开挖过程中围岩变形和应力分布变化情况。在CMS实测基础上,将Midas和FLAC3D两者的优势结合起来,提高了数值模拟的可靠程度,可更有效地指导工程实践。     

大冶铁矿采空区稳定性模拟分析

为了回收采空区矿柱,以大冶铁矿采空区充填体为例,根据Mohr-Coulomb材料变形模型,建立了采空区应力数值分析模型,模拟了充填前后采空区的应力变化及塑性区的分布情况,通过两者的对比得出充填前后采空区的稳定性结果。研究证明采用充填法对采空区进行处理,不仅改善了采空区应力的作用,还缩小了矿体内的塑性区域,很大程度上提高了采空区的稳定性。     

大冶灵宝铁矿采场稳定性综合分析评价

采用RMR及Q系统岩体分类方法对灵宝铁矿采场整体稳定性进行分析,并运用AN-SYS软件综合评价采场细部稳定性数值分析的结果及该矿采场的稳定性。分析得出该矿在当前条件下采场稳定性良好,为安全回采矿区残留矿体提供了理论依据。     

大冶灵宝铁矿采场稳定性综合分析评价

采用RMR及Q系统岩体分类方法对灵宝铁矿采场整体稳定性进行分析,并运用ANSYS软件综合评价采场细部稳定性数值分析的结果及该矿采场的稳定性。分析得出该矿在当前条件下采场稳定性良好,为安全回采矿区残留矿体提供了理论依据。     

基于钻孔数据的采空区三维模型可视化

基于现场大量钻孔地质编录数据,应用Surpac软件,构建了高速公路隧道下伏采空区的三维可视化模型,并对采空区的冒落状况进行了分析。     

基于BLSS-PE与FLAC3D耦合建模技术的采区溜井稳定性分析

针对矿山溜井空间形态复杂、探测难度较大、传统测量方式无法获得准确的溜井三维模型、从而导致数值计算结果与工程实际存在较大偏差的问题,采用BLSS-PE空区探测系统对普朗铜矿N3-2溜井开展了三维扫描,得到了实测三维模型,并确定了垮塌区域;进一步耦合得到溜井数值计算模型,利用FLAC3D软件对其进行了模拟计算和分析评价。结果表明,井壁周边均存在不同大小的拉应力,井筒上方、底部以及垮塌区域之间存在较大的压应力集中,井筒内壁位移变形较大,长期放矿对井壁造成的冲撞和摩擦使井筒进一步垮塌的风险增加。数值计算结果更加接近工程实际,有利于提升其在矿山工程稳定性分析中的应用。     

某实测采空区的稳定性综合分析

为了获得更可靠的采空区稳定性分析数据,采用三维激光探测仪对某采空区进行探测,准确地获取了空区的三维形态及分布状况,并结合三维矿业软件Surpac建立了空区的实际模型。在此基础上,通过耦合技术用FLAC^3D对其进行力学模型的数值分析,最后结合现场布设的光弹应力计监测结果与数值模拟进行比对,两者结合起来对该空区稳定性进行综合的分析与评价,为矿山后续安全生产和管理提供科学的理论依据。     

CMS-VRML耦合的网络环境下采空区三维可视化方法

针对精确获取的采空区三维数据难以在Internet上可视化表达的问题,提出了在网络环境下,基于CMS-VRML耦合的采空区三维可视化方法。运用CMS精确获取采空区的三维空间数据,使用CMS-PosProcess软件将TXT格式的原始数据转换成DXF格式文件,利用VRML软件对DXF格式的三维模型进行编译,生成WRL格式的采空区三维模型,最终,用户可以通过IE等浏览器在网络上直接浏览空区模型。实践表明,CMS-VRML耦合生成的三维模型在网络环境下数据冗余小,可视化效果好,交互性强,从而为矿山空区安全监管提供了一种新的技术手段。     

深部大规模开采岩体稳定性数值模拟研究

基于FLAC3D对马城铁矿深部大采场开采及回填过程中,围岩与充填体的稳定性进行数值模拟计算,并通过现场工程试验进行了验证。研究结果表明:(1)一步回采后,矿房出现顶板下沉和底鼓现象,间柱顶底板处应力集中明显,最大应力达到36.45 MPa,围岩局部呈塑性破坏;二步回采时,矿柱位置应力集中加剧,最大集中应力达到69.35 MPa,顶板最大位移15.01 cm,空区部分围岩呈失稳状态。(2)一步回采胶结充填后,胶结充填体对空区围岩起到了支撑作用,在一定程度上恢复了围岩三向受力状态,矿房顶底板应力集中程度减弱;二步回采尾砂充填后,充填体进一步抑制了空区塑性区的发展,围岩受力分布相对均匀,顶板位移与之前相比基本不变,顶底板变形得到了有效控制,保证了深部大采场开采的安全性和可靠性。     

铁矿山采空区顶板安全厚度数值模拟

介绍了当前空区顶板安全厚度的研究现状,以齐大山铁矿为背景,利用FLAC3D和RFPA软件分别对地下隐伏采空区在载荷作用下的顶板稳定性进行分析,模拟了载荷作用下的顶板安全厚度与跨度之间的关系。计算结果显示:齐大山铁矿顶板的安全厚度与地下空区的跨度近似呈线性关系,实际工程中应以顶板最小厚度1.3倍的安全系数考虑。为推断齐大山铁矿顶板矿柱的安全性提供了理论指导。