弓长岭东南区塌陷坑后续开采岩移规律研究

弓长岭东南区分上、下含铁带,上含铁带采用露天开采,下含铁带采用地下开采并形成地表塌陷坑,上、下含铁带采深形成300 m的高差,针对此技术条件,开展下含铁带继续下采的岩移规律和不影响露天开采的极限采深的研究。利用FLAC3D软件模拟分析了有、无散体补充条件下塌陷坑上盘岩体的岩移规律,塌陷坑上盘岩移曲线存在明显的分区特征,相同监测点的位移量随着采深的增加而增大,补充散体对于控制水平变形、倾斜、曲率等岩移指标作用明显。以露天采场内不出现危险移动变形指标为原则,在有、无散体补充条件下,下含铁带极限采深分别为260,240m,即开采至90,110m水平。根据弓长岭塌陷坑条件,考虑坑内散体和补充散体对上盘岩体的被动侧压力作用,改进上盘渐进崩落模型,计算得极限开采水平为107 m水平。根据数值模拟和理论推导的结果,综合确定下含铁带极限开采水平为110m。根据研究成果,提出将上含铁带露天采场剥离废石充填下含铁带塌陷坑的控制方案,保证了露天、地下的协同开采,控制了地下开采的塌陷范围,减小了露天废石的占地费用,取得了较好的应用效果。     

露天地下协同采矿充填方法

针对弓长岭铁矿东南区低品位铁矿床平行矿带条件、高落差开采引起的地表塌陷区控制需求,分析了用常规充填法控制地表岩移所面临的产能低与经济效益差等问题,研究了塌陷坑内散体对实体边壁的控制作用,提出了利用临界散体柱原理控制地表塌陷范围的新型充填方式;试验研究了移动散体的结拱条件,揭示了塌陷坑内散体流动的连续性,得出向塌陷坑充填废石不会发生结拱陷落危害的结论;观测分析了塌陷坑壁面的构成,揭示了两帮围岩主要沿结构弱面向塌陷坑片落或滑落的特性,据此提出了沿塌陷坑轴向、径向协同排放废石以防治边壁滑落危害的安全充填技术;此外,地下采用大结构参数无底柱分段崩落法开采,在增大开采强度的同时均衡塌陷坑散体的下降速度,形成了露天地下协同采充方法。理论分析与工业试验表明,该方法可大幅度提高采充生产效率和改善采充作业环境,为急倾斜平行矿带低品位铁矿床环保型高效开采开辟了新途径。     

弓长岭铁矿上下含铁带开采稳定性研究

弓长岭铁矿上下含铁带开采间隔仅有10 m,回采顺序为先开采上铁带后充填,再进行下铁带开采,由于矿体间隔较近,若下铁带采场暴露面积过大,将对上铁带稳定性产生影响,造成中间隔离岩柱与上铁带充填体垮塌的风险。根据矿床开采技术条件与设计采场结构参数,采用有限差分程序模拟分析了弓长岭铁矿上下铁带开采稳定性。研究结果表明,不充填开采时,上下铁带隔离岩柱产生的塑性区贯通,且拉应力接近1 MPa;上铁带采空区及时充填后,塑性区不发生贯通,拉应力较小,岩柱及采场可维持稳定。     

矸石充填带护巷在新强煤矿的应用

矸石填充,进行绿色开采是安全生产的要求,也是节能减排、保护环境的需要.本文主要阐述了矸石充填带护巷在新强煤矿的应用,98#煤层开采条件、充填带法及布置、开采条件、矿压显现特征及技术措施、充填带法的经济效益等问题.     

松散体之间顶柱回采信息化施工的爆破特征研究

在上、下尾砂非胶结充填的松散体之间的顶柱回采，处于复杂的应力状态之中，其爆破特征不同于四周均有围岩时矿体的开采。利用顶柱回采施工时现场监测到的爆破信息，研究顶柱在松散体条件下回采的爆破特征，得出其最小抵抗线可比常规设计增大50％的经验结论，并用来指导矿山安全回采大量顶柱。     

云南大红山铁矿Ⅰ#铜矿带深部回采工艺优化

调查分析了大红山铁矿Ⅰ#铜矿带矿岩强度、构造弱面及矿岩稳定性情况。针对目前该矿采用的点柱式上向分层充填法的多个生产环节均需在空场下作业的现状,对Ⅰ#铜矿带深部回采工艺进行了优化,即矿体厚大部分（厚度大于7 m）采用分段空场嗣后尾砂充填法开采;厚度中等矿体（厚度为4~7 m）采用点柱式上向分层充填法开采;矿体较薄部分（厚度小于4 m）采用条带式回采工艺,并适当降低采场跨度。上述工艺的应用,有助于确保该矿带安全开采,提高开采效率。     

基于PFC3D的干式充填体流动及支撑效应模拟分析技术

为全面探明空区内干式充填散体流动对充填效果和周边矿体稳定性的扰动影响,采用PFC3D建立三维散体-矿体扩大模型,提出岩体参数反演方法,对崩落开采过程进行全局模拟计算。结果表明:模拟结果与现场监测较一致,扩大模型与参数反演方法适用于充填散体问题的研究;散体顶板层流动量与流动范围较大,底板层较小;散体流动中小颗粒透过大块之间的空隙向东发生渗移,使西侧充填体密实度降低;西侧矿体南北两侧与顶部、底部位移较大,中间位移小,整体向空区内发生位移。该技术可实现对崩落过程的全局模拟,为全面系统的进行工程分析提供参考方法,为空区充填、周边矿体安全开采等提供参考依据。     

条带充填法隔水层稳定性数值模拟分析

以运河煤矿7311工作面为工程背景,运用FLAC~(3D)数值模拟软件分别模拟条带置换充填开采及条带法开采下的覆岩破坏规律。结果表明:导水裂隙带发育高度与开采宽度呈线性关系;条带置换充填开采与条带法开采都能有效控制导水裂隙带的发育高度,抑制覆岩破坏;基于安全生产和合理开发资源的目的,条带置换充填开采方式更适用于实际工程。     

充填开采覆岩导水裂缝带高度发育规律研究

我国东部地区的煤矿对于建筑物下压煤广泛采用井下充填开采。针对充填开采覆岩导水裂缝带发育高度问题,采用井下打仰上孔双端堵水观测技术,对唐口煤矿9301充填开采工作面进行了覆岩破坏探测,通过分析基准孔、采后钻孔分段注水观测数据,确定了充填开采导水裂缝带高度值及裂采比。通过采用数值模拟软件UDEC,模拟得到了充填开采工作面不同推进长度下覆岩导水裂缝带发育高度值与覆岩裂缝动态变化规律。基于英国数学家提出的麦克斯韦体（Maxwell体）及鲍依丁-汤姆逊（Poyting-Thomson）岩石蠕变模型,建立了充填体压缩变形量计算公式,提出了通过增加充填抗压强度来降低覆岩导水裂缝带发育高度的方案,为煤矿井下充填开采技术推广应用,实现建筑物下安全开采提供了技术依据。     

充填矸石夯实模拟试验台的研制及应用

为研究矸石散体在限定空间下经过横向推压之后的固结成型特性，基于充填工作面的充填夯实过程和充填支架捣实机构的工作原理，模拟充填工作面的组成部分，自主研制了一套结构简单操作方便的充填矸石夯实模拟试验台，并应用该模拟试验台研究了推实力和含水量对矸石散体固结成型特性的影响规律。研究结果表明：推实力和含水量对矸石散体的固结成型特性影响呈现正相关，且推实力大于2MPa、含水量为3%时，矸石散体开始表现出明显的固结成型特性。因此，矸石充填夯实模拟试验台的研制及应用，对优化现场矸石充填开采技术提供一定参考意义。     

基于露天地下协同开采的地表岩移控制技术研究

以某超大规模矿山露天与地下协同开采现状为工程背景,运用室内试验、理论分析与数值模拟相结合的方法,研究了急倾斜多层位矿体露天与地下协同开采条件下的地表岩移控制方法。首先,通过散体流动特性试验,得到塌陷坑内散体的临界跨径比为2.64,塌陷坑实际宽度远大于散体有效流动所需的最小宽度值,即散体流动过程中不会发生结拱现象;其次,根据临界散体柱支撑原理与数值模拟分析,塌陷坑内临界散体柱仅占整个散体堆积高度的22.98%~25.31%,裂隙主要存在于临界散体柱两侧的边壁围岩中,地表岩移程度主要由临界散体柱控制;然后,通过计算分析,得到塌陷坑散体覆盖层一次下移量的最大值约为0.27 m,证实了向塌陷坑充填废石散体的安全可行性。在上述分析的基础上,提出了沿塌陷坑边帮与走向方向的两步三向协同排岩岩移控制新方法,在示范矿山应用效果良好,取得了显著经济效益,为解决围岩及地表移动变形造成的重大地质灾害提供了理论和技术支撑。     

弓长岭铁矿高落差端部矿体安全开采技术研究

弓长岭铁矿二矿区的中央区地下回采工作面与东南区露天采场的落差高达700 m,且在-220 m水平由中央区向东南区扩采了200 m,因此2区衔接部位有约500 m长的高落差端部矿体处于移动带内,未纳入露天设计开采范围。通过分析端部矿体的赋存条件及岩移危害形式,发现只有地表塌陷坑边壁的片落对端部矿体的开采构成安全危害,据此,运用临界散体柱理论,提出了向地表塌陷坑充填废石的措施,以控制塌陷坑边壁片落,并制定了沿塌陷坑边帮与轴线方向协调排岩的工艺方法,以保障排岩的施工安全。在此基础上,东南区露天采场西侧的端部矿体可以进行开采,可由东南区露天采场向西扩采完成。     

露天转地下开采边坡变形和应力特性研究

露天矿开采的中晚期阶段,当深部还有可采矿体时,要由露天转为地下开采,在地下矿体的开采过程中,露天边坡的变形破坏特征直接影响地下开采的安全。针对这一问题本文通过三维数值分析,详细分析了地下矿体开采过程中边坡岩体的变形和应力变化。获得以下主要结论:边坡不同标高处的竖向位移变化在-60、-90、-135和-165 m水平的开采过程中,上下盘边坡岩体的变形相对较小,在-210、-255 m水平开采的过程中边坡岩体竖向位移变化较大;地下矿体的开采主要影响上盘边坡岩体,其变形值和变形范围都较下盘岩体大;不同开采水平下,上盘边坡深部岩体随着开采水平的延深,最大主应力的集中程度逐渐增加,影响范围也在加大;而最小主应力在开采水平附近出现明显减小现象。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

孟家堡子铁矿岩移控制方法研究

孟家堡子铁矿露天开采完成后,位于+70 m水平以下的矿体采用无底柱分段崩落法开采,随着井下采矿的进行,覆岩已经冒透至露天坑底,形成了大规模的地表塌陷坑,岩移活动对地表办公区及竖井构成了严重威胁。目前矿山存留的废石无法满足地表塌陷坑充填需求,致使塌陷坑边壁岩移发展无法得到有效控制。根据临界散体柱支撑原理,试验研究了尾砂替代废石充填地表塌陷坑的岩移控制新方法,分析了不同尾砂浓度及散体粒径分布下的尾砂渗透特征,得到了受散体下落高度影响的尾砂混入高度预测表达式。研究表明：70%~80%浓度下的尾砂混入高度范围为130.76~42.36 m,该浓度范围内的尾砂混入高度小于塌陷坑内散体覆盖层的最小厚度,即采用该浓度范围内的尾砂充填地表塌陷坑是安全可行的,最终确定的现场合理尾砂充填浓度为75%~80%。为确保充填作业安全顺利进行,将塌陷坑划分为斜面充填区与饱满充填区,提出了沿塌陷坑轴向与径向三向协同充填方法,为矿山安全、绿色、高效开采提供了有力保障。     

冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性影响研究

高寒地区矿山边坡岩体会经历冻融循环作用,引起岩体结构损伤和强度弱化,对矿山边坡的稳定性构成危害。水泥砂浆作为模拟裂隙边坡岩体常用的类岩石材料,其配合比对该类岩石材料抗冻性影响较大。为探究冻融作用下水灰比对类岩石材料物理力学特性的影响机制,制作了7种不同水灰比的类岩石——水泥砂浆标准试样,进行了不同次数的冻融循环试验及0~50次冻融后的单轴压缩试验。结果表明：①冻融前,随着水灰比的增大,试样初始孔隙率增大、密度降低,进而导致其波速下降;冻融过程中,波速随着冻融次数的增加而减小,且水灰比越大,波速损失率越高。②随着水灰比增大,类岩石材料的单轴抗压强度、弹性模量均出现了先增大后减小的现象;当水灰比为0.325~0.35时,类岩石试样的单轴抗压强度最高且抗冻性能最好。③随着冻融循环次数增加,应力应变曲线趋于扁平化,试样由脆性逐渐向延性转化,且水灰比越大,试样孔隙压密阶段变形越大。研究成果可为寒区矿山边坡及相关岩体工程类裂隙岩体冻融试验中的配比设计提供借鉴。     

基于靠帮开采的局部陡帮开采方式研究

基于靠帮开采下部境界外扩法和上部境界收缩法2种开采方式,结合露天边坡地层层序律和时效性特点,提出了下部边坡外扩陡帮和边坡内缩陡帮2种局部陡帮开采方法,并分别推导出剥采比计算公式。采用控制变量法研究了煤层厚度、岩层厚度、局部陡帮高度对剥采比的影响,得出上部境界收缩法与边坡内缩陡帮法对煤层厚度、岩层厚度的变化较为敏感的规律。以霍林河露天矿南区西帮为例进行分析,边坡内缩陡帮法为霍林河露天煤矿最佳陡帮开采方案,可减少5 605.95万元的生产投资。     

急倾斜煤层开采与开拓巷硐群扰动效应数值模拟分析

针对王家山煤矿急倾斜煤层开采与开拓巷硐群工程越界对地方煤矿安全开采问题,建立了急倾斜煤层开采与开拓巷硐群数值计算模型,分析了覆岩移动变形与应力演化规律。研究结果表明：急倾斜煤层开采,采空区上方煤层先破坏、垮落,顶板沿层理面法向发生弯曲、离层,采空区上部煤体先垮落,呈拱形结构,抑制了上覆煤岩体向采空区的垮落和移动;工作面采高5.2m,顶板发生垮落,底板也会发生滑移,顶板一侧的沉陷大于底板一侧的,在底板一侧出现断崖式现象,但垮落带发育高度小于工作面距井田边界的距离;巷硐群最大位移均发生在泥岩、煤层等软弱岩层以及断层破碎带区域,其扰动效应增加;在软弱岩层时巷道最大影响圈边界增加,影响边界贯通,但最大裂隙带高度为11.5m,裂隙带上脚未发育至井田边界标高。因此,工作面开采与开拓巷硐群对地方煤矿开采没有影响。     

井采影响下边坡岩体变形破坏规律研究

针对Ⅱ型露井联采,露天转地下开采的情况,对井采影响下边坡岩体变形机制、地表移动特征及其对边坡岩体强度的弱化等进行了探讨。安家岭露天矿西排土场北部变形区实例分析表明,受井采影响,边坡上部土体由于沉陷变形出现差异性拉张裂隙,形成主动下沉滑移段,前缘被动段以沿弱层滑移的水平位移为主,数值模拟结果与现场实际基本吻合。