深井硬岩矿山岩爆灾害防治研究

采用室内试验、数值计算和现场岩爆研究相结合的综合研究方法，以冬瓜山矿床开采为对象，对深井矿床开采岩爆防治进行了系统的研究，由矿岩力学试验，采用岩爆综合评判指标确定了矿岩的岩爆倾向性，指出岩爆倾向性具有本源性和诱导性两种属性；电镜试验、物理模型试验和现场岩爆研究发现岩爆主要由张拉断裂引起，具有明显的岩石破坏和工程施工异常性前兆；现场岩爆研究和数值计算表明岩爆危险区位于应力集中、能量贮存大及具有快速释放能力和条件的区域；从岩爆预防角度，采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标，对采场结构参数、开采步骤等进行了优化；从减少能量筘存、控制能量释放、采用柔性支护和建立岩爆监测系统4个方面，得出了具体的岩爆防治措施。图3，表2，参11．     

矿山岩爆防治机理及方法研究综述

岩爆是处于高应力或极限平衡状态下的硬脆性岩体,在开挖等工程活动扰动下,其储存的弹性应变能突然、猛烈释放的一种动力破坏,是在其内因和外因共同作用下形成的。矿山由于其开采的独特性,其岩爆防治方法不完全等同于隧道岩爆。针对目前岩爆防治机理的研究侧重于如何减小岩体所处的应力环境、减缓并控制能量释放率,监测方法侧重于微震监测的发展趋势,综合研究分析当前隧道、矿山常用的岩爆防治机理和方法,指出矿山岩爆首先基于设计预防,巷道、硐室可根据岩爆程度分别采用柔性支护、钻孔卸压、爆破卸压等防治方法,采场岩爆可根据不同情况采用充填法、崩落法、改变回采顺序等防治方法。     

落凼矿分段空场嗣后充填法采场结构参数研究

分段空场嗣后充填法是两步骤开采,采场结构参数主要是指一步骤矿柱与二步骤矿房的结构尺寸。针对拉拉铜矿落凼矿区深部矿段地下开采遇到高地压释放致采场结构不稳定问题,采用RHINO-FLAC3D进行数值模拟的方法对矿区的采场结构参数进行研究。对落凼矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体采用两种不同的采场结构参数方案进行对比,用Flac3D模拟开挖,对采区内的塑性区进行统计与分析。研究结果表明：随着采深的加大,针对该矿矿体厚度在30m以上的倾斜及急倾斜矿体,一步骤矿柱采用50m×11m,二步骤矿房采用50m×25m的结构参数更加安全稳定。     

某矿上向水平分层充填采场控顶技术研究

采场跨度是影响上向水平分层充填采场回采结构及顶板稳定性的重要参数之一,合理确定其尺寸及支护方式不仅关系到人员作业安全,还关系到矿山经济指标等。通过采用Q系统分级法和能量释放理论,综合确定采场最大极限跨度并采用数值模拟方法对长锚索支护下的支护效果进行评价。现场应用结果表明:在最大采场跨度为15 m,并辅以合理参数的锚索支护时,顶板控制效果明显。     

基于能量分析的岩爆倾向井巷支护方法

国内多个金属矿正在建设超1 500m深的井巷工程,随之遇到的岩石力学问题更加突出。多数金属矿具有构造复杂、岩质坚硬、地应力高的特征,采矿活动及井巷工程开挖扰动易引发岩爆灾害发生。岩爆成为深井矿山开采建设主要工程灾害之一,应对岩爆成为深井开采的首要任务之一。文中基于能量分析,揭示了岩体发生岩爆的破坏机理;详细分析了岩爆倾向井巷支护机理及不同支护结构单元的性能指标,给出了井巷支护克服岩爆动能的确定方法,以及应对不同规模岩爆类型选取支护单元的原则。在岩爆倾向性明显的深部金属矿开展井巷工程活动,应用能量分析法能较合理地初步确定支护结构参数。     

大型深埋有岩爆倾向矿床采场结构的优化研究

讨论了有岩爆倾向的深埋矿床开采设计中采场结构参数优势问题,以平均能量释放率作为优化目标,利用自主开发的三维能量分析有限元软件,采用数值模拟试验优化的方法,对冬瓜山深部铜矿床开采设计中的采场结构进行了优化研究,为该矿床的开采设计推荐了合理的采场结构参数。研究中使用的优化方法和开发的数值计算软件,对深部采矿开采设计的岩石力学优化有较大的参考价值。     

龙头山矿段采场结构参数及地压控制数值模拟研究

矿山地下开采过程中,顶板控制对采场地压控制有着直接的影响,分析影响采场围岩稳定性关键因素及破坏机理十分必要。为保证龙头山矿段采场安全、高效开采,运用FLAC3D数值模拟软件对该矿段采场结构进行模拟研究,分别模拟研究了该矿段在空场和切顶条件下的采场结构参数。结果表明:龙头山矿段在空场条件下开采,安全隐患较大,顶板容易发生冒落,形成冲击地压。同时提出合理的采场结构参数与地压控制措施,研究成果为矿山开采选择合理的采场结构参数提供依据。     

崔家寨煤矿坚硬厚层顶板控制研究

本文详细介绍了崔家寨煤矿高档普采工作面坚硬顶板控制设计的方法和步骤，在设计中大胆采用了前后排对柱支护，结合其它特殊支护，取消了强制放顶，设计结果在该矿首采面的应用效果表明，该设计方法科学，合理，具有针对性，对类似条件的采场顶板控制有借鉴和指导作用。     

某矿似层状顶板支护技术研究

为了确定某矿似层状顶板的支护方式，首先通过了解该矿顶板围岩的工程地质、围岩的基本特征，分析该矿似层状顶板的冒落机理，得出了似层状顶板的一般破坏模式。再将该矿的矿岩稳定性与工程实际相结合，计算合理的采场结构参数，并利用控制爆破技术，最大限度保护似层状顶板的完整性。最后通过几种不同支护方式的分析比较，结合似层状顶板在工程中的特征，确定了该矿似层状顶板的支护方式为长锚索支护。长锚索支护方式可以改变似层状顶板支护安全性结构，提高该类型顶板支护结构的整体性和承载能力。目前，这种支护方法已经在该矿逐步推广应用，同时针对目前顶板管理的现状，总结了矿山顶板管理存在的问题，制定了合理有效的顶板管理制度，提高了采矿作业的安全性。     

基于FLAC3D 的某铁矿采场结构参数优选

为提高矿山开采效率及开采过程中采场顶板的稳定性,利用FLAC3D 软件建立数值计算模型,模拟不同结构参数的采场分步骤、分层回采及充填过程,对采场顶板的受力变化情况进行研究分析,从而判断不同结构参数和不同的开采阶段采场顶板的稳定性情况。结果表明,一步骤回采时顶板的稳定性较好,二步骤回采过程中顶板稳定性较差,应加强对采场顶板的监测与支护工作;通过对不同采场宽度和上下分层高度的方案对比分析,得出了采场最优结构参数,进路宽度为5 m,上分层高度为3.5 m,下分层高度为4.5 m。结果为采场结构参数设计提供了理论依据。     

动静组合作用下大跨度凿岩硐室稳定性分析

安徽某铜矿采用大直径垂直深孔阶段矿房法开采，首采采场开采深度为800 m，跨度达到30 m，爆破振动对周边岩体及采场结构产生了极大扰动，加之大爆破过程引发岩体能量的释放和转移，极有可能形成采场主要结构失稳，威胁回采安全。为研究大跨度凿岩硐室在动静组合作用下的稳定性，依据矿山实际情况，利用FLAC3D 5.0数值模拟软件对该矿首采矿段201大跨度凿岩硐室在动静荷载组合作用下的稳定性进行了数值模拟分析，并与现场监测结果进行了对比。研究表明：开采过程中，最大主应力以及塑性区主要集中于条柱上，顶板在失去条柱支撑后位移增加较大，条柱支撑作用明显；开采结束后，条柱全部回采，顶板位移达到最大值，间柱成为主要支撑结构，整个开采过程中凿岩硐室较为稳定，分析结果与监测结果相吻合。建议后续开采之前适当增加凿岩硐室条柱宽度并实施锚网联合支护以提高抗压能力；通过优化爆破参数降低爆破振动对顶板的影响，并对凿岩硐室中间区域的顶板施加长锚索支护；对模拟分析和监测中容易出现破坏的区域进行布点监测，为后续开采中地压灾害防治提供有价值的信息。     

玲珑金矿深部开采岩爆分析

在金属矿山的深部开采过程中,岩爆的问题时有发生,现阶段对于岩爆问题的致灾原因分析主要集中在高地应力的领域,具有一定的局限性。通过引入能量指标以及冲击危险性应力指标,将岩石自身性质以及岩体所处应力状态等指标引入,丰富了岩爆研究的参数。借助FLAC3D数值分析手段,对玲珑金矿未来深部开采过程中可能面临的岩爆问题进行模拟研究,,初步确定了玲珑金矿岩爆的危险性指数以及岩爆释放能量的大小,明确了岩爆的发生范围,并与现场的实地情况进行对比,较好地吻合了现场的实际情况,这也为玲珑金矿的安全生产、下一步的回采工作及岩爆的安全控制提供了依据。     

当量采深估算方法在岩爆危险性等级评价中的应用

为了研究浅部岩爆危险性定量评价方法,实现矿山采场岩爆分级评价和分类治理目标,根据应力叠加原理,建立了当量采深估算模型,提出了当量采深估算方法,并确定了估算方法的计算过程。研究表明:当量采深与实际采深成正相关,与矿柱尺寸成负相关。本文以山东某矿浅部岩爆现象为工程背景,由于巷道开挖和构造应力造成采场围岩应力集中,没有达到岩爆深度的浅部开采水平,却出现岩爆预兆现象。因此,采用当量采深估算方法对该矿浅部450中段采场进行岩爆分级评价,共划分48个矿柱单元,形成1个高度危险区,9个中等危险区,4个一般危险区,34个安全区,并对不同区域采取岩爆分级防治措施,达到了良好的岩爆防治目的,提高了矿山回采安全性和经济性。     

窑街矿区冲击地压防治技术

冲击地压是煤矿重大灾害之一,窑街矿区的3对矿井先后被评价为冲击地压矿井,经过分析和研究,该矿区冲击地压发生机理为厚硬顶板破断产生大能量震动,静载应力集中和矿震动载扰动叠加作用.依据冲击地压机理制定了冲击地压治理技术方案,矿区冲击地压发生的频率和能量得到有效控制,为矿井安全生产提供了保障.     

工程缺陷体对冲击煤岩体的改性机制研究与实践

冲击地压是煤矿较为严重的动力灾害之一,随着矿井开采深度的不断增加,冲击地压灾害越来越严重。针对重大冲击地压灾害显现特征,结合近年来冲击地压研究现状和工程实践,从通过人为实施工程达到控制重大冲击灾害角度,提出了工程缺陷体的概念并进行了分类;分析了高均质度、完整冲击煤体的变形破坏力学特征、能量释放模式,对比分析了完整煤体、含裂隙煤体、含工程缺陷煤体的应力应变曲线变化形态,分析了不同力学性质煤体的能量积聚、耗散及释放模式;从煤体弹性能指数、冲击能指数角度分析了冲击性煤体与含有工程缺陷煤体冲击倾向性的力学特性;通过建立工程缺陷体煤体的冲击倾向性计算公式,找到了工程缺陷体改变煤体冲击倾向性的力学机制,揭示了工程缺陷体防控重大冲击地压的机理。研究与实践表明:工程缺陷体通过对煤体的固有冲击倾向性属性的改性,改变了采场应力分布特征、煤体内冲击能量的演化规律,工程缺陷体能在煤层开采的过程中有效耗散煤体内的冲击弹性能,避免发生破坏性冲击地压。结合具体工作面地质开采条件,给出了工程缺陷体的时空布置方案,阐述了工程缺陷体防控冲击地压的技术方法,并进行了防控效果检验,实现了冲击煤层的安全开采。     

某地下矿山采场与围岩稳定性三维有限元模拟研究

运用三维有限元模拟计算方法对某地下矿山6号矿体上向进路分展开采的采场和围岩稳定性进行了详细的计算分析，为该矿体选择合理的开采顺序和采场结构参数，有效的控制地压活动，保证安全回采提供了依据。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中,经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果,采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律,着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响,随着开采扰动次数增加,各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长;采场开采过程中,随着与采场距离的增大,开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m;距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前,巷道围岩松动圈与巷道位置无关,阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m;开采扰动后,采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

深部采场开采扰动下巷道围岩松动圈演化规律研究

深部开采过程中，经常会遇到采场周边巷道围岩支护失效、巷道破坏等问题。为改善支护效果，采用声波测试技术研究阿舍勒铜矿深部采场开采过程中的巷道围岩损伤规律，着重分析与采场不同距离处巷道围岩损伤程度的差异。结果表明：深部采场开采扰动对周边巷道围岩松动圈厚度有明显影响，随着开采扰动次数增加，各测孔处的巷道围岩损伤均出现了不同程度增长；采场开采过程中，随着与采场距离的增大，开采扰动对岩体的损伤逐渐减小。阿舍勒铜矿深部采场开采下盘应力集中区距下盘采场边界距离为20~25 m；距离采场下盘最终边界25 m处的测孔开采扰动累积损伤增量小于开采前损伤量的20%。采场开采扰动前，巷道围岩松动圈与巷道位置无关，阿舍勒铜矿50 m中段巷道围岩松动圈厚度为1.4~1.7 m；开采扰动后，采场附近巷道围岩松动圈厚度为1.6~2.0 m。研究成果对于改善矿井支护效果、降低支护成本有一定的参考价值。     

单一特厚煤层围岩监测技术

以彬长矿区单一特厚4#煤层为背景,采用现场工业实践的方法,通过对回采工作面进行深基点位移监测,确定采动影响下,巷道两帮和顶板的动态位移量,以此为基础来判断巷道围岩的离层情况,及时发现存在的安全隐患,为控制围岩的稳定性和保障煤矿的安全生产提供依据。同时对巷道锚杆锚索进行测力研究,分析锚杆锚索的受力状态,确定锚杆锚索支护安全与否,及时发现锚杆锚索支护存在的问题,进而改善支护效果。     

深埋复杂不规则孤岛工作面冲击矿压机制研究

为研究大埋深下不规则孤岛工作面开采对冲击矿压的影响,基于覆岩空间结构理论,分析了某矿3112孤岛工作面覆岩结构及其大尺度破断运动对工作面煤岩体的影响,并根据掘进期间微震监测对孤岛面的回采进行冲击危险的动态评价。通过理论分析与数值模拟,从煤岩体静载应力和动态破坏2方面分析孤岛煤柱诱冲机制。基于能量守恒定律,研究了主关键层破断瞬间覆岩稳定性和能量释放、转化过程,主关键层的破断运动对工作面矿压显现影响剧烈。数值计算分析了不同开采尺度对孤岛面冲击的影响,随着开采尺度的增大,煤体的静载应力峰值逐渐升高并接近临界应力,冲击危险程度升高。最后基于动静载组合诱发孤岛煤柱冲击机制,探讨了孤岛面冲击矿压防治措施。现场实践表明,钻孔卸压和顶板预裂爆破有效地控制了高能量震动事件的产生。