海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山,其对开采技术的要求较高,海下开采遇到了严重的安全问题,其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题,掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测,得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上,提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后,通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征,提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成,采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近,预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

充填材料特性试验研究及充填工艺参数选择

充填料浆流动性和充填体强度是影响矿山充填质量的关键因素。通过开展粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,确定合理的粗骨料膏体浓度范围,并以此浓度范围为基础,开展了充填体强度配比试验,测试了不同浓度、不同灰砂比条件下充填体单轴抗压强度。同时结合强度试验结果分析了充填体强度影响因素及规律。结合矿山生产实际,确定了最佳充填工艺参数,推荐充填工艺参数为:充填料浆浓度74%、底部充填体灰砂比1∶4、顶部充填体灰砂比1∶8。     

含水层下巷式充填采煤覆岩破坏规律研究

为研究含水层下巷式充填覆岩的移动变形机理,得到巷式充填覆岩导水裂隙带发育规律。采用abaqus数值模拟软件对固定采高不同充实率下的导水裂隙带高度进行研究,发现随着充实率的增大,覆岩导水裂隙带的高度逐步降低,实践证明含水层下巷式充填采煤是安全可行的且经济效益显著。     

分层胶结充填体力学特性及裂纹演化规律

在进行大尺寸采空区嗣后充填过程中,胶结充填体易出现分层等结构现象。为深入分析结构特征对胶结充填体力学特性及裂纹演化规律的影响,首先制作中间层高度比为0.2、0.4、0.6和0.8,灰砂比为1∶4、1∶6、1∶8和1∶10的分层胶结充填体试件,然后利用GAW–2000伺服试验系统开展单轴压缩试验,最后借助二维颗粒流软件（PFC–2D）,分析胶结充填体内部裂纹分布规律。结果表明:（1）分层充填体单轴抗压强度与高度比呈指数函数关系、与灰砂比呈多项式函数关系;弹性模量与高度比及灰砂比均呈多项式函数关系;单轴抗压强度及弹性模量均随高度比的增加而减小、随灰砂比的增大而增大,且两者对灰砂比敏感度更高。（2）充填体内部裂纹演化曲线先缓慢上升,达到单轴抗压强度的80%左右时快速上升,且灰砂比越大、高度比越大,上升速度越快,拐点到来越早,充填体试件越易发生破坏,超过单轴抗压强度后曲线开始迅速下降。（3）分层充填体主要表现为剪切破坏、张拉破坏及共轭剪切破坏,且破坏主要集中于中间软弱层;高度比越大,试件内部裂纹越密集,灰砂比越大,裂纹越易向两端演化。      

武山铜矿全尾砂膏体充填顶板稳定性分析

以武山铜矿下向进路膏体充填顶板为研究对象，对顶板充填体进行稳定性分析。通过分析武山铜矿矿体及充填体岩石力学试验强度参数，得出膏体充填顶板强度主要取决于1∶4灰砂比打底层强度。在考虑合理安全系数的基础上，采用弹性力学法——简支梁模型、薄板模型，在不同回采断面尺寸工况条件下，对打底层充填体单轴抗压强度需求进行理论计算。经计算，充填体实际单轴抗压、单轴抗拉强度满足进路顶板稳定性需求。结合FLAC^3D数值模拟软件对打底层稳定性的分析，发现顶板打底层存在拉伸及剪切塑性区，但总体范围较小，且两者之间未发生贯通，顶板总体呈稳定状态。     

某矿山全尾砂膏体充填配比试验研究

针对某矿山膏体充填物料,先对其物理化学性质进行测定,然后分别对66%～79%不同质量浓度的全尾砂料浆进行流变特性试验分析,并得出在0～120 s~(-1)剪切速率下的流变模型,根据流变模型推导出可输送膏体的临界浓度。在临界浓度附近通过全面试验法研究膏体充填材料的综合性能,最后在满足矿山生产要求的情况下确定膏体充填材料的最优配比范围并对影响配比的因素进行分析。根据矿山要求一步骤充填强度达到1 MPa以上,二步骤充填强度达到0.5 MPa以上,试验结果得出灰砂比为1∶24时,28天单轴抗压强度超过0.5 MPa,满足自立强度要求。灰砂比为1∶8时,28天单轴抗压强度在1 MPa左右,满足一步骤充填强度要求。最终结合料浆流动性和试块强度综合考虑,推荐一步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶8,二步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶24。     

新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体强度研究

结合某矿山实际,采用实验室试验与数值模拟相结合的手段,研究了新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体力学强度特性及其作为采场顶板的稳定性.单轴抗压试验与巴西劈裂试验结果表明,灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体在7d、14 d、28 d、60 d养护龄期的抗压、抗拉强度,分别高于所对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;并且灰砂比为1∶6、1∶12的新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体的早期抗压、抗拉强度均优于对应灰砂比为1∶4、1∶8的42.5级水泥胶结分级尾砂充填体;FLAC3D数值模拟结果表明:新型尾砂胶结剂胶结分级尾砂充填体,可以满足作为采场充填顶板的要求.     

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

三山岛海底金矿开采充填体与围岩变形规律的数值模拟

为合理解释三山岛金矿新立矿区海底开采充填体和围岩变形特征,建立了假二维的矿山开挖充填力学模型,并将其简化为平面应变问题。根据对充填体力学特性的研究,在模型建立过程中,对充填体采用了双屈服模型,对矿柱及围岩采用了应变硬化/软化塑性模型。利用FLAC3D数值模拟软件,并在模型中的相应位置设置位移监测点,分析了真实矿山开采过程中上下各采场充填体和围岩的移动变形规律。研究结果表明,新立矿区充填体变形主要为水平方向上的压缩变形,且具有累积效应,当充填体达到垂直方向的最大压缩量后,顶板围岩在水平构造应力作用下有向充填体上山方向滑动的趋势。     

下向进路胶结充填顶板稳定性数值模拟

针对大断面胶结充填体稳定性问题.应用数值模拟方法,对分级尾砂充填体变形规律进行了研究,得到了如下结论:充填体内布筋后可有效减小顶板拉应力区域,提高顶板的稳定性;灰砂比为1:4的充填体可以作为承载层,其变形、应力分布规律与承载梁基本吻合,可替代钢筋混凝土人工假项.     

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验.对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究.结果表明:-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5:5～7:3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;...     

龙首矿充填体悬臂结构的稳定性分析与评价

安全是矿山生产中极其重要的一环,充填体悬臂结构是龙首矿进路回采中十分常见的安全隐患形式,由于自重和深部地应力的作用,容易发生崩塌破坏现象。根据龙首矿实际情况,其充填体悬臂结构失稳破坏主要有崩落式和拉裂—坠落式2种形式。基于悬臂梁理论,建立进路人工假顶悬臂和充填围岩悬臂力学计算模型,通过理论计算悬臂极限长度、数值模拟验证和稳定性系数K并进行综合评价,以保障矿山安全生产。结果表明：充填体悬臂的稳定性受顶部裂缝深度比和实际长度的影响,其极限长度与数值模拟结果基本一致。同时,稳定性系数Ｋ能够有效统计不同裂缝条件下充填体悬臂状态,判断充填体悬臂顶部裂缝深度比情况。因此,悬臂极限长度和稳定性系数Ｋ能够有效评价龙首矿充填体悬臂的稳定性,实际应用简单,计算结果与现场调查情况基本吻合,对于潜在的充填体悬臂结构安全隐患能起到及时预警的效果。     

不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

良山铁矿全尾砂胶结充填参数的合理选择

结合良山铁矿全尾砂胶结充填工艺的主要影响因素,提出不同充填配比参数并对其进行回归预测分析,得到影响充填体强度的主要因子及其与充填强度的关系曲线。根据采场参数,运用不同的数学模型计算出充填体的设计强度范围为0.18~1.30 MPa,并利用ABAQUS软件对采场回采后相邻采场中充填体的受力变形情况进行了模拟分析。结果表明：充填采场中配比为1∶8时充填体强度略有盈余;配比为1∶20时充填体强度不足,充填体会发生压裂破坏;配比为1∶15时充填体强度能满足采场安全要求。选择浓度70%,灰砂比1∶15的充填配比能够控制采场的变形和破坏。     

复合采动下边坡岩体滑移规律及其数值分析

在数值分析与实际变形分析的基础上,探讨复合开采影响下岩体内部的应力变化特点.由于在地下与露天复合开采作用下,岩体变形的叠加作用机制与变化特征取决于2种采矿的各自开挖量;当边坡角较小时,岩体变形更多地表现出地下采动特性,而在相同地下采动影响下,随着露天边坡角增大,其相应的变形范围和变形深度均增大;2种开挖量大小直接影响各单元体主应力矢量大小和方向,并且其中每个开挖量的变化都将使岩体产生不同的破坏特点和滑移机制.     

金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究

废石和尾砂是矿山企业的大宗工业废料且不存在来源不足问题，如何高效利用废石和尾砂进行充填采矿是采矿界的前沿性课题．本文结合金川公司充填工艺介绍了废石一尾砂高浓度管输充填新技术，并阐述了该技术中高浓度充填和膏体充填的特点，且充填成本低．     

武山铜矿全尾砂膏体流变特性试验研究

为研究武山铜矿全尾砂膏体的流变特性,通过开展不同配比充填料浆的坍落度、稠度和分层度试验,采用 Brookfield R/S 流变仪测试充填料浆的流变参数,并根据膏体流变参数与管道输送阻力的数学模型确定管道输送参数。结果表明 ：充填料浆的坍落度随灰砂比和重量浓度的增加而减小,当浓度超过 74% 时充填料浆的坍落度急骤下降,重量浓度为 76% 充填料浆的坍落度在 20.4~25.62cm 范围内,已达到膏体状态 ;充填料浆的稠度和分层度均随重量浓度的增加而减小,灰砂比的影响不明显,重量浓度 72%~74% 范围内充填料浆稠度均大于 10cm,浓度 70%~76% 范围内充填料浆的分层度均小于 2cm ;充填料浆的屈服应力随灰砂比和重量浓度的增加而增大,当浓度超过 74% 时,料浆的屈服应力急剧增加 ;充填料浆的临界流速随浓度和灰砂比的增加而减小,沿程阻力损失随充填流量和灰砂比的增加而增大 ;推荐充填料浆重量浓度为 72%~74%,充填流量控制在150 m3/h 左右,最大沿程阻力损失为 3.53kPa/m。