大型采空区下持续开采空区稳定性研究

31-1#矿体采空区暴露面积为6000 m2,空区高度为60 m。随着空区下部矿体开采的持续进行,空区暴露高度将达100 m左右;在巨大的采空区下进行采矿作业,一旦发生空区围岩失稳,将对作业中的人员和设备带来巨大灾难。采用有限元对空区下部矿体开采过程中空区顶板围岩的应力、安全率、垂直最大位移、塑性区分布进行了模拟分析,根据模拟结果可知:随着矿房、矿柱、下部矿体开采完成后,顶板的位移和应力有所增加,安全率有所下降,塑性区进一步扩大,地压活动有进一步恶化的趋势,但空区围岩总体上趋于稳定。在空区顶板和两腰安装监测仪器对空区围岩的稳定性进行监测,监测结果和数值模拟结果具有良好的一致性。     

基于采矿环境再造的空区顶板-矿柱系统协同作用

为研究空区系统动态演化过程中的协同稳定规律,运用三维有限元3D-σ,以某具体工程实际为背景进行了空区顶板-矿柱系统协同作用研究,得出各模拟方案顶板-矿柱系统安全率、塑性区和应力场的分布;探索了空区系统协同处理模式力学响应;从协同理念出发,为保证后续矿体安全开采提出块石充填采矿环境再造技术进行矿体原有环境修复方案.有限元研究结果表明:协同发展具有条件性,当顶板跨度为15 m、20 m、30 m时对应协同矿柱结构尺寸为3 m、4.5 m和6 m,空区系统顶板为大理岩、玄武岩时极限暴露面积指标分别为1000 m2、1600 m2;以现有方式进行后续矿体开采,应力集中现象明显,顶板最大拉应力为3.496 MPa,低于围岩极限强度,安全率为0.924,低于临界状态;在块石充填环境改造后,最大拉应力降至1.655 MPa,安全率为1.229,应力场、安全率明显改善,能确保后续矿体开采期间系统协同稳定.     

深部高应力下采空区顶板综合安全系数

深部高应力下顶板安全系数是评价顶板稳定性的定量评价指标.基于采场顶板围岩破坏形式,构建了空区顶板力学模型,利用无铰拱理论推导顶板内力大小.针对顶板压缩、剪切破坏形式,提出了深部开采环境下顶板安全系数(K)的计算方法,给出矿柱剪切安全系数(K1)、压缩安全系数(K2)和综合安全系数(K)的计算式,研究采场跨度、顶板厚度对...     

煤层顶板含水层注浆改造施工技术研究

为了消除采煤工作面顶板含水层水灾威胁,以洛阳郑兴宿煤煤业有限公司2103工作面顶板含水层注浆改造工程为例,利用大面积注浆改造技术对煤层顶板含水层进行注浆改造,使其成为隔水层或弱含水层。依据《煤矿防治水细则》,通过数值计算并结合现场试验设计钻孔结构、钻孔注浆段高、钻孔平面布置形式、钻孔注浆压力、终孔注浆量、注浆覆盖范围和注浆材料配方,采用地面造浆、钻孔分段注浆和全段高压注浆填充工艺,对采煤工作面顶板薄基岩上部砾石层富水区进行注浆。该方法能有效改造采煤工作面顶板含水性,将其改造成弱含水层并阻断顶板含水层水源侧向和垂向补给,实现了安全开采,并将煤层顶板薄基岩开采厚度缩减到5 m,为类似薄基岩顶板条件下的煤炭开采提供参考。     

新庄铜铅锌矿含水层下防水矿柱留设计算分析

为研究渗流场和应力场共同作用下防水矿柱宽度合理留设问题,结合新庄铜铅锌矿17A号勘探线的实际地质条件,运用数值模拟计算软件FLAC~(3D),研究了初始渗流场的孔隙水压力和渗流速度矢量分布特征,计算了矿体回采充填过程中7个工作面的涌水量,并模拟了工作面顶板的导水裂隙带分布情况,与经验公式算得的防水矿柱高度进行比较.模拟结果表明,工作面与含水层的距离越小,渗流速度越大,涌水量越大,导水裂隙带范围越大,突水的危险也就越大;从渗流场涌水量和应力场导水裂隙带两方面来综合衡量,防水矿柱留设的高度取为40m,相比经验公式的结果提高了矿体利用率.     

承压水体上开采底板岩层破断及渗流特征

以山西某煤矿承压水体上下组煤开采为工程背景,通过对煤层底板岩石进行全应力-应变渗透性试验及单裂隙渗透性试验,揭示了岩石应力-渗流耦合机理,获得了断裂面渗透系数的定量关系式;采用离散元流固耦合模拟方法,对承压水体上煤层开采底板岩层的应力状态及渗流特征进行模拟分析.结果表明:底板岩层"四带"中的渗透性均与水平应力密切相关,其中:直接底板受工作面矿压影响严重,岩层中的水平应力杂乱无章,破坏带厚度约13m;奥灰含水层顶部岩层为低围压区,容易形成奥灰水楔劈裂导升机理,导升带厚度为17m左右;底板中部层位受采动矿压及底板承压水直接影响相对较小,此带中水平应力自上而下呈递增状态,有效隔水层带厚度38m,是底板的关键阻水层.     

煤层气开采后成庄矿15号煤层底板突水危险性评价

研究煤层气开采后煤层底板突水机制及危险性评价,对于煤炭安全开采具有重要的理论和实际意义.从岩石力学和地质力学两方面对煤层气开采后煤层底板突水进行理论分析,并以山西晋煤集团成庄矿15号煤层底板奥陶系含水层为例,建立突水危险性评价模型.结果表明:煤层气开采后,若煤层底板与奥陶系含水层导通,煤层底板突水的主控因素按权重从大到小依次为底板最小主应力、底板含水层水压、有效隔水层厚度、地质构造;若煤层底板与奥陶系含水层未导通,底板突水控制因素按权重从大到小依次为底板含水层水压、有效隔水层厚度、含水层富水性、地质构造、岩石破裂压力和底板最小主应力;采用层次分析法确定主控因素权重,利用分形-脆弱性指数法进行突水危险性分区,即研究区西部脆弱性较强,中北部为过渡区,东南大部为安全区.该评价模型可为煤层气开采后煤层底板突水危险性评价提供参考.     

富宁铅锌矿地表河流防水保安矿柱厚度的确定

为研究确定富宁铅锌矿河流防水保安矿柱厚度合理留设的问题,结合富宁铅锌矿0号勘探线附近的实际工程地质条件,采用导水裂隙带理论计算公式得出导水裂隙带高度,进而确定那郎河床下的防水保安矿柱厚度为30 m,以此来切断河水与矿体之间的水力联系;同时为了减少地下开采对地表河流的扰动,井下采矿方法采用分层充填法措施来确保上部那郎河的...     

窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素及非对称支护技术研究

为确定窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形影响因素和围岩控制方案,以晋能控股集团煤业集团有限公司隆博煤业有限公司8507工作面回风巷为工程背景,基于正交试验和FLAC3D数值模拟试验对沿空掘巷巷道围岩变形影响因素、不同条件下巷道围岩变形特征、4～10 m不同宽度煤柱的塑形区破坏范围、巷道围岩应力分布和顶板位移特征进行研究.结果表明:在煤柱宽度、煤体内聚力、煤体内摩擦角、直接顶厚度和顶板强度5种影响因素中,煤柱宽度对巷道围岩变形影响最显著;随煤柱宽度增加,巷道围岩塑性区破坏和变形主要表现在窄煤柱帮、顶板、底板和实体煤侧等部位,塑性区范围变化较小;合理的煤柱留设宽度为8m;巷道围岩变形为非对称性变形,煤柱侧巷道顶板和帮部变形显著大于工作面开采侧的.根据窄煤柱沿空掘巷巷道围岩变形特征,提出"顶板和两帮锚网索+钢带、窄煤柱帮贴帮槽钢梁+注浆加固补强"的非对称支护方案.现场工业性试验结果表明,煤柱留设宽度和支护方案合理,巷道变形后能够满足工作面开采需要.研究结果可为类似地质条件下窄煤柱沿空掘巷巷道围岩控制提供参考依据.     

神东特殊保水开采煤层条带充填覆岩隔水层稳定性判据

神东矿区特殊保水开采覆岩隔水层中剩余基岩具有结构承载特性,其上方黏性土层具有封堵导水裂隙功能.依据岩层控制理论,建立神东特殊保水开采煤层条带充填覆岩结构隔水层力学模型.采用应力和应变作为衡量覆岩结构隔水层及上方黏性土层破断导水的指标,推导结构隔水层及上方黏性土层稳定性力学判据,分析条带充填覆岩隔水层稳定性影响因素.结果表明:结构隔水层上作用的最大拉应力随其厚度、充填条带宽度、弹性地基系数的增大而减小;随覆岩含水层水压的增大而增大;随覆岩垮落角的增大而先快速增大后趋于平缓.黏性土层产生的最大拉应变随其厚度的增大而增大;随其弹性模量的减小而快速增大.充分采动后,结构隔水层上作用的最大拉应力随工作面推进距离的增大而趋于稳定.     

控顶切底房柱采矿法

控顶切底房柱采矿法采用浅孔切顶、切底、上向平行孔回采中层矿石,改进切顶房柱法的部分工艺,省去下盘脉外底部结构,回采作业在中层矿石“悬臂梁”的保护下进行,适合于矿石稳固但下盘围岩松散破碎的缓倾斜矿体的开采。     

Similar material simulation of time series system for induced caving of roof in continuous mining under backfill

With the help of similar material simulation test,time series system for induced caving of roof in continuous mining under complex backfill in ore body No.92 of Tongkeng Tin Mine was studied. According to the similarity theory,a two-dimensional similar simulation test-bed was constructed. The stress and displacement that change along with the advance of mining were acquired and analyzed automatically by data system. The processes of continuous mining of ore-block in 5 intervals and artificial induced caving of roof were simulated. The results of the test show that ore body remained as safety roof in thickness of 15 m guarantees the safe advance of stoping work face. Caving of safety roof puts in practice at the first two mining intervals when the third interval of continuous mining is finished,and one interval as the safety distance should be kept all the time between stopping and caving. While mining in the last interval,pre-slotting should be implemented first of all,and the roof of the last two mining intervals is caved simultaneously. Only this kind of time series system can be an efficient and safe way for induced caving of roof in continuous mining.     

综合物探方法在新凉亭铜铅锌矿区的试验效果

通过在新凉亭铜铅锌矿区已知矿上开展可控源音频大地电磁法（CSAMT）、复电阻率法（CR）、时域激电法（TDIP）的方法试验,为该矿区下一步找矿选择合适的物探方法。经试验认为,CSAMT能有效探测容矿断裂构造,TDIP能确定矿体顶板位置及矿体倾向,CR能有效圈定矿体空间范围,下一步物探找矿应以CSAMT、TDIP为主,CR法因成本过高,仅在重要成矿有利地段辅以少量工作进行异常评价。     

用瞬变电磁法探查综放工作面顶板水体的研究

随着机械化综采设备在煤炭开采中的普及,对煤层顶板管理要求愈来愈高,其中煤层顶板水害体的发育将影响综采设备充分发挥效能,甚至会威胁工作面安全回采．提前查明煤层顶板水害体发育位置,为在井下布置探放水钻孔提供依据,是目前矿井地球物理勘探亟待解决的问题．基于地面瞬变电磁法理论及应用技术,根据井下实际应用环境,研究出采用非接触式、多匝数的正方形重叠回线（边长2m左右）装置探测工作面顶板水害体发育位置．依据瞬变电磁场”烟圈效应”理论和物理模拟相似准则,推导出全空间瞬变电磁法视电阻率计算数学模型,并对矿井瞬变电磁探测综放工作面顶板水害技术进行了研究．采用矿井瞬变电磁技术查明综放工作面顶板水害体发育位置,通过井下疏放水钻孔和工作面回采资料验证,该方法探测综放工作面顶板水害体发育的空间位置不仅行之有效,而且明显优越于其它矿井物探方法．     

Hazard development mechanism and deformation estimation of water solution mining area

1 INTRODUCTION Water solution mining-based mineral deposit belongs to the ancient landlocked evaporation of salt lake mineral deposits. The salty mineral products of mining area, such as verde salt, rock salt, glauberite, etc., mainly exist in the salty rock segment that is formed by the third sulphate sediment of group of new ditch. This rock segment consists of mudstone, anhydrite-included calcium Glauber’s salt rock, calcium Glauber’s salt rock of mudstone quality, verde salt and roc…     

Analysis of factors and countermeasures of mining subsidence in Kaiyang Phosphorus Mine

1 INTRODUCTION After useful mineral body has been mined and dragged out, mining goaf is formed and country rocks would probably lose original equivalence. When span of the goaf is long enough, even if the roof is hard and intact, the rock around the goaf would move towards the mining openings, and this movement would pass on to the adjoining rock mass until it reaches the surface and ground displacement can be observed. In other words, underground mining may cause ground cracks and surface…     

Numerical analysis of application for induction caving roof

New method for handling roof of the base successive mining is proposed, which is induction caving in the roof. The key is that it is made certain to the station of the space-time in the induction caving roof, as the stress is released with the mining process. And applying the catastrophe theory, the influencing factors of induction caving roof are studied in the emptied areas, such as the mechanical property of the surrounding rock, the area of the gob,the scope and dimension of tensile stress. The results show that the key factor is the area of the gob to the method of the induction caving roof. Then according to the geology and the ore characteristic, the three dimension FEM mechanical model is built in Tongkeng Mine, the laws of the tensile stress are analyzed to the space and the time in the roof with the mining, then it is rational design to the mine step and time of the handing the roof.     

深部沿空切顶成巷围岩稳定性控制对策

基于沿空切顶成巷技术原理,以城郊煤矿深部工作面无煤柱开采为背景,综合运用力学分析﹑模拟计算和现场试验等方法,对深部切顶成巷围岩控制关键对策进行深入研究。结果显示：切顶留巷顶板在侧向形成短臂梁结构,降低了巷旁支护体所受压力,切缝范围内岩层垮落后碎胀充填采空区,使留巷顶板下沉量降低了约50%。采空区侧顶板为切顶巷道围岩变形的关键部位,需进行加强支护;深部切顶巷道实体煤帮塑性区范围大,通过煤帮锚索支护技术可将浅部锚杆承载层锚固在弹性区稳定煤体中;深部切顶成巷来压速度快、强度大,巷内单体支柱易造成冲击破断,采用高阻力液压支架巷内临时支护时可较好地抵抗深部强动压;巷旁刚性挡矸装置因无法适应深部围岩大变形而受压弯曲破坏,深部切顶巷道巷旁挡矸结构需实现一定的竖向让位卸压方可与顶底板协调变形。在研究的基础上提出恒阻锚索关键部位支护+可缩性U型钢柔性让位挡矸+巷内液压支架临时支护+实体煤帮锚索补强的深部切顶成巷联合支护技术,并进行现场工业性试验。现场监测结果表明：留巷围岩在滞后工作面约290 m时基本稳定,且稳定后各项指标满足下一工作面使用要求。     

华丰井田4煤层顶板砾岩水突出影响因素分析

在分析砾岩分布特征及其水文地质特征的基础上,以矿山压力控制理论为指导,运用岩层沉降理论推断了华丰矿1409工作面在采厚为6.5m的情况下,导水裂隙带发育高度为96.2m,揭示了导水裂隙能够导致顶板砾岩水突出.结合矿山压力观测资料和顶板突水量资料,阐述了矿山压力和顶板砾岩突水突出之间的因果影响关系.根据2407工作面冲击地压监测资料,阐明冲击地压对顶板突水的促进作用.建立了顶板水沿工作面下平巷突出运移的模型,阐明了斑裂线是导致砾岩水大量突出的主要导水通道.