金属矿山充填体作用机理研究实践

本文简要介绍了国内外金属矿山地下采区充填体作用机理研究的进展;通过对我国锡矿山、招远、金川、大水清等矿的充填机理研究理论和实践,阐述了在经济效益和社会效益方面所取得的重要成果及其今后发展趋势。     

大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及其巷道控制技术

以和睦山铁矿为工程背景,通过数值软件模拟和现场地压显现调查,分析了大阶段嗣后充填采场围岩破坏规律及周边巷道破坏失稳原因;在各分段巷道关键部位,布置了12个变形监测点和4个应力监测点,采用数显收敛计和应力计对巷道表面变形和应力变化进行了监测,总结了巷道变形破坏特征;提出了增加初次支护强度,采用锚索喷锚网和U型钢可伸缩支架联合分级支护控制措施方案。实践证明：围岩稳定性是大阶段嗣后充填法运用的关键因素;优化后支护方案有效地提高了巷道稳定性,减少了二次支护率。     

金属矿隐患空区探测技术综合分析

隐患空区是矿山安全、高效开采过程中迫切需要解决的难题之一.总结了地下隐患空区探测的主要方法,对各探测方法的探测原理进行了介绍.分析了各自相应的适用条件,并综合应用探地雷达法和瑞雷波法在厂坝铅锌矿进行了地下群采空区的现场探测,基本查明了试验采场采空区的分布情况,为后续的安全回采提供了技术支撑.     

高阶段嗣后充填采矿大型采场底部矿柱回采探讨

吴集铁矿北段和李楼铁矿-400 m中段采用分段凿岩高阶段嗣后充填采矿法,在-400 m水平布置出矿底部结构,底部结构矿柱矿量损失大,损失率可达8%～9%。为了提高回采率,减少矿石损失,根据底部矿柱实际情况和结构特征,初步回采方案可以在充填前或充填后均可以进行安全回收,现场应用取得了良好的预期效果,提高了矿山的资源利用率和延长服务年限。     

阶段空场嗣后充填采矿法采场跨度及回采顺序优化研究

矿山开采随浅部资源的消耗而逐渐向深部发展,为了选取最优的采场参数及回采顺序,利用FLAC^3D软件对某矿阶段空场嗣后充填采矿法在不同采场跨度和不同回采顺序条件下的采场稳定性进行了模拟分析。结果表明：跨度为16 m、18 m、20 m和22 m的一步骤采场开采后的应力、位移和塑性区位置分布基本相同,其中20 m和22 m跨度的采场在矿体上下盘出现较大的塑性区。二步骤回采矿柱时,跨度为18 m、20 m和22 m的矿柱采场的两侧充填体下部拉应力均超过充填体抗拉强度,会导致该区域充填体破坏。考虑现场实际情况,最终选取一步骤采场跨度和矿柱跨度均为16 m,最优回采顺序为“隔一采一”。     

阶段空场嗣后充填法采场结构参数及充填配比优化

结合金山店铁矿张福山矿区的开采实际,借助FLAC3D三维数值模拟分析软件,对比分析了不同矿房结构参数、不同充填配比的嗣后充填法回采充填过程的采场围岩应力、变形及塑性区分布情况。研究表明:在相同充填配比下,矿柱宽度从15 m增加到18 m,矿柱承受的最大应力值由23.3 MPa减少到23.1 MPa,顶板下沉位移由22.2 mm增加到27.7 mm;充填体的强度由2.4 MPa增加到3.8 MPa,矿柱两侧围岩承受的最大应力值由16.3 MPa降低到15.9MPa,顶板下沉位移由413.4 mm减少到104.3 mm。经综合分析比较,确定合理的矿房、矿柱宽度为15 m,充填配比为1∶8。     

金属矿阶段嗣后充填预留顶柱厚度力学模型

预留顶柱厚度是保证金属矿阶段嗣后充填安全的重要影响因素之一.基于弹性力学平面应变基本假设,建立金属矿阶段嗣后充填预留顶柱厚度的力学模型,并利用伽辽金法进行理论求解.以某铜矿为工程分析实例,研究预留顶柱水平应力随厚度和上部荷载的变化规律,以及厚度与矿房长度之间的变化规律.研究表明:当矿房尺寸一定,预留顶柱厚度不变,水平应...     

阶段嗣后充填体稳定性分析与采场结构参数优化

由于矿体的走向长度远大于矿房尺寸,因此将充填体力学问题简化为平面应变问题,推导出充填体在一侧暴露情况下的底部剪应力表达式。结合傲牛铁矿的开采技术条件,通过对不同配比充填体的底部剪应力随矿房高度与宽度变化关系的分析,从而确定矿房与矿柱高为40m,宽分别为40m和30m。该研究成果可以为类似金属矿山开采提供理论依据。     

金属矿山嗣后充填采场顶板合理跨度参数研究及建议

根据河北某铁矿现有的开采技术条件,对该铁矿嗣后充填采场的结构参数进行了研究,采用材料力学“简支梁”理论计算及Flac数值模拟相结合的手段分析了采场顶板的安全合理跨度。理论计算合理跨度为18 m左右,数值模拟分析采用3种模拟方案,采用“隔一采一”的开采顺序,由此模拟分析了不同尺寸采场跨度条件下矿岩的应力分布、塑性分布及位移变化情况。结果表明,随着矿房跨度的增加,矿房顶、底板围岩的应力由受压状态逐渐转向受拉状态,尤其是当跨度达到20 m时,矿柱的塑性分布范围增加十分明显,矿柱剪切破坏的程度加大,增加了矿柱失稳的可能,所以采取矿房、矿柱宽度为18 m时是比较合理的,这和理论计算的结果是相符的,同时建议在回采过程中,要加强对矿柱及充填体进行应力应变监测,确保矿体的安全高效回采。     

基于逆向建模技术的金属矿山空区探测与治理研究

金属矿山空区形成因素众多,形状复杂多变,是威胁矿山安全的主要灾害源之一。为合理评估空区现状并提出有效治理措施,首要任务是精确描绘出空区三维形态要素。以三维激光扫描为核心的空区精确探测技术已经比较成熟,可为空区精细化三维建模提供数据基础。传统的正向建模技术建模过程繁琐,效率低下,且对数据质量和人员技术水平要求很高。为了提高空区三维建模效率并降低建模难度,在分析逆向建模技术原理的基础上,总结和分析了金属矿山空区激光点云数据处理及模型重构的技术要点、难点,提出了基于逆向工程的复杂空区三维建模完整工作流程,并将该方法应用于金属矿山典型空区问题分析与加固、爆破等治理方案设计。研究表明：逆向建模方法基于点云信息直接进行曲面重构,进而导出三维实体,避免了正向建模时大量重复的线—面、面—体操作,可实现金属矿山复杂空区的高效率、高精度建模,为空区现状调查、评估、灾害机理分析及治理方案优化提供了技术支撑,具有广阔的应用前景。     

动态扰动诱发嗣后充填采场灾变事故分析

为了明确某矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,结合事故现场工程实际及调查结果,采用相似模型、数值分析及现场监测手段,研究了阶段嗣后充填采场围岩变形特征、破坏模式、巷道表面变形规律。结果表明:开采活动对嗣后采场围岩及周边工程影响具有明显的区域特性;不同分段的开采活动对采场顶板位移影响程度不同,第2分段开采导致顶板最大位移增量最多,而第3分段开采时加剧了矿柱应力集中,致使矿柱发生沿近似60°的结构面发生剪切滑移破坏;同时也使位于矿柱内部邻近空区的巷道侧壁发生垮塌。通过对比分析数值模拟与现场监测的结果,证明了相似模型试验的结论。研究结论不仅全面认识了该矿阶段嗣后充填采场破坏事故原因,还明确了阶段嗣后充填采矿方法采场安全潜在危险源,可为其他类似矿山提供安全借鉴。     

矿山废石全尾砂充填研究现状与发展趋势

矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼渣,等占我国工业固体废料排放量的85％左右.大量矿山固体废料堆放地表,易造成严重污染,诱发泥石流、尾矿溃坝事故.固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径.本文介绍了低浓度分级尾砂充填、全尾砂高浓度充填、膏体似膏体充填、块石胶结充填工艺的研究与应用现状,并分析了矿山废石全尾砂充填技术的研究与发展方向.     

基于蓄热充填体深井吸附降温机理

现有深井降温系统主要存在能耗大和工作面湿度高的问题。为了解决这两个问题,提出了基于蓄热充填体深井吸附降温系统。系统由空气处理系统、充填采热系统及矿井水系统3个子系统组成。充填采热系统为空气处理系统中的转轮除湿机提供再生热源。矿井水系统用于给空气处理系统的表面式冷却器提供冷源。研究了系统的工作原理、热力学过程、热力计算和热性能分析。对某矿井工作面设计了基于蓄热充填体深井吸附降温系统,热力计算结果表明:系统降温前后的空气温度降低了8.9 ℃,相对湿度降低了52.9%。这种降温系统改善了井下工作面环境,并具有能耗低的优点,可应用于采用充填法控制地压的高温矿井。     

采动条件下的金属矿山上覆岩体破坏区域及应力行为研究

确定采动条件下金属矿山上覆岩体破坏区域与应力行为,以某金属矿为背景,采用RFPA计算程序对该矿山在开采过程中上覆岩体破坏特征及力学行为进行研究,同时结合声发射技术对采动条件下覆岩的破坏区域及应力分布范围进行深入分析,提出采动条件下的金属矿山覆岩破坏的“三区”概念及应力分布划分原则。研究表明：金属矿上覆岩随着采动影响可以划分为垮落区、塑性区、弹性区三个区域;并对各区域的应力行为特征进行分析归纳,上覆岩体应力分布分别呈现拉应力-拉应力区、拉应力-压应力区、压应力-压应力区、剪应力-压应力四个区域;其中拉应力-拉应力区和拉-压力区主要分布在采空区靠近悬空面上方和下方区域,压应力-压应力区主要分布于开采工作面正上方,剪应力-压应力主要分布于采空区周边围岩。该研究结果可为金属矿山三带的圈定和采取有效支护措施控制采空区围岩稳定提供理论依据。     

基于固体充填开采的井筒保护煤柱留设方法研究

为解决固体充填开采工业广场煤柱时井筒保护煤柱的合理留设问题,根据井筒破坏特性,对充实率、井筒保护煤柱尺寸等充填开采条件下影响井筒失效主控因素进行分析,提出了基于充实率控制的井筒保护煤柱留设原理;以此为基础,分析了垂直剖面法、科瓦尔契克概率积分法及ABAQUS数值模拟法等井筒保护煤柱留设方法,并提出了剖面法设置煤柱边界,理论计算与数值模拟相结合逐渐缩小边界的充填开采井筒保护煤柱综合留设方法及设计流程,并将此方法应用于百善煤矿充填开采回收工业广场煤柱,得到不同充实率条件下井筒保护煤柱范围划分.结果表明,固体充填开采充实率控制在80％以上,以留设半径154 m井筒煤柱计算,至少可安全解放出煤炭174.5万t.     

窄长采场胶结充填体强度要求及结构设计

为了解决金厂河多金属矿空场嗣后充填法窄长采场胶结充填体强度要求优化设计问题,以该矿矿岩-充填体力学参数为基础,利用优选3种理论方法,进行了强度要求解析计算.通过构建矿山典型开采区域的三维数值模型,采用FLAC3D软件开展了两步骤采充时序的数值模拟计算,搜索得出了一步骤窄长采场胶结充填体极限稳定状态下的强度数值解,进而对...     

金属矿山绿色开采综合评价方法及其应用研究

如何有效评价矿山绿色开采实现水平对于发展绿色矿业至关重要。本文针对开采过程的资源和环境影响进行了分析,构建了金属矿山绿色开采综合评价指标体系;采用模糊综合评价方法进行了矿山综合评价实证研究。结果表明:1)评价指标可用于企业开展绿色开采评价和比较,与实际基本相符;2)模糊综合评价法用于金属矿山绿色开采评价简单、可行,评价结果可为企业发展提供相关建议,更好地挖掘企业绿色开采潜力。     

金属矿山酸性废水处理技术研究进展

概述了矿山酸性废水的形成及危害,重点介绍了几种常见的处理矿山酸性废水的处理技术如中和法、硫化物沉淀法、吸附法、离子交换法和人工湿地法,同时介绍了它们的原理、特点和存在的问题,在此基础上,对矿山酸性废水处理技术的研究进行了展望。     

阳城矿深部复合型软岩大巷破坏机制与支护设计

针对阳城煤矿南翼软岩大巷严重底鼓和断面收缩等非线性流变大变形控制难题,综合采用力学试验、现场测试和理论分析等方法,分析了南翼大巷围岩的地质力学特性和破坏特征;通过建立受二向均布载荷作用下的巷道力学模型,研究揭示了阳城煤矿南翼软岩大巷变形破坏力学机制。结果表明:地应力环境对大巷产生了极为不利的影响;大巷围岩属HJS复合型软岩,节理裂隙发育、松动破坏严重,使得可承载的完整岩层厚度较小是大巷破坏严重的关键因素。基于大巷复杂的破坏机制,提出了以锚注为主体的锚网索喷注联合支护方式,并设计使用了新型的注浆锚索,注浆管+注浆锚索深、浅耦合注浆,取得了良好的现场应用效果,实现了软岩大巷变形的有效控制,为类似巷道工程提供了参考。