滨海矿山深部开采水压—水温—围岩应力监测与突水机理

为保证矿山安全运行,减少突水事故发生,研究滨海矿山深部开采断层破碎区域突水机理。 在三山岛 金矿西山矿区包含 F3 断层区域-760~ -870 m 垂直方向上 5 个不同水平中段安装水压—水温—围岩应力监测计,获 得连续 35 d 水压、水温和围岩应力的现场数据。 借助 FLAC3D 软件模拟开采过程,分析开挖扰动对断层区域突水影响 机理。 结果表明:开采深度增加,水压增大,水的温度升高;垂直深度增加 105 m,水的温度上升 10. 7 ℃ ;距离断层越 近,水压越大,水温度降低;开挖深度增加,围岩应力增大,距离断层越远,围岩应力变大;最大围岩应力 5. 5 MPa,围岩 应力与水压的变化规律一致,监测初期在一定时间内逐渐减小,最后趋于稳定;断层区围岩应力受到开采扰动影响剧 烈,数值明显高于岩层完整区域;巷道顶部和底板的塑性区显著,顶板以剪切破坏为主要形式,巷道两侧帮和底板属 于拉剪破坏,渗流主要发生在巷道的顶板和底板两角处;断层内孔隙水压力变化剧烈,出现急剧减少再快速回升的变 化特征。     

开采顺序对浅部煤层覆岩破坏与孔隙水压力演化影响数值模拟

为分析不同开采顺序对厚松散层底部含水层下开采渗流场与应力场相互影响及其演化规律,建立了厚松散层底部含水层下浅部煤层开采的流固耦合数值模型,模拟结果表明:开采顺序对覆岩渗流场及移动破坏特征有很大影响,采用由深部向浅部的递采顺序所产生的塑性区范围、竖向位移、孔隙水压力变化相对由浅部向深部的递采顺序较安全可靠。     

烧变岩区露天煤矿保水开采效果模拟分析

煤矿露天开采会对邻近的烧变岩含水层产生强烈的扰动;以陕北某露天矿区为研究区,利用数值模型,模拟了不预留保水煤柱以及预留20、50、100 m煤柱条件下,研究区地下水流场和涌水量变化情况,评估了保水开采效果;进一步分析了开采过程中发生突涌水时,注浆帷幕的阻水效果。结果表明：煤矿开采对地下水的扰动随保水煤柱宽度增加而减小,预留100 m煤柱能使烧变岩涌水量减少86%,最大降深减少13 m左右,影响范围减小60%左右;注浆帷幕可以有效封堵集中涌水点,封堵后涌水量减小了90%左右,观测孔水位恢复了4 m左右,流场形态逐步恢复。     

基于微震监测技术的深部岩爆预警和断层突水监测

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在由于岩爆诱发的矿柱失稳和顶板冒落的危险,需要进行监测和预警。基于适合监测深部金矿安全开采的微震监测系统检测结果,研究基于微震监测的深部岩爆预警技术思路,分别研究了岩爆危险区域的预报、微震监测划分采场安全等级、断层突水的微震监测等内容。通过研究达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现了深部开采的监测和预警。     

深部巷道断层涌水治理研究

在系统研究巨野矿区某深井矿山胶带巷断层高压涌水特征的基础上,提出并实施了"疏水降压+浅部加固+深部截源"的治理方案。依据物探及水文地质分析,施工泄压钻孔进行疏水降压,使巷道周围含水层水压降至合理范围,结合中空螺旋注浆锚杆进行巷道浅部围岩加固,最终进行深部注浆封堵水源。为确定合理的疏水降压值,基于COMSOL有限元分析,建立渗流场-应力场耦合模型进行数值试验,模拟不同降压值情况下孔隙水压力以及围岩应力、位移的相应变化,数值试验优选最佳疏水降压值为3 MPa。现场实施后,有效封堵了巷道断层高压涌水,减水率达91%,且治理后巷道围岩稳定,满足了安全生产需要。     

三山岛金矿深部采场动力灾害监测与分析

三山岛金矿属于典型海底开采金属矿山,现已进入深部开采,采场地压显现活动增多,深部区域矿体开采过程中诱发动力灾害的监测技术亟待提升解决.选取三山岛金矿典型采场作为试验采场,构建爆破模型;同时确定监测区域,采用局域式微震监测技术进行监测,对采场开采过程围岩受应力变化及爆破扰动造成岩体微破裂事件进行监测分析,结果表明现有扇形...     

高孔隙率砂岩涌水渗流场特征与注浆治理

将孔隙率引入到多孔介质达西渗流理论中的连续性方程及动量守恒方程,建立均质高孔隙率砂岩非稳定达西渗流数学模型,同时结合实际工程中的水文地质条件,采用数值模拟的方法研究了不同注浆压力下渗流场演化规律及涌水区域水流速度变化。计算结果表明:随着注浆压力的提高,浆液不断驱替砂岩中的孔隙水,有效封堵过水通道;不同注浆压力下巷道涌水区域水流速度变化显著:注浆过程中水流速度降低接近于零,注浆结束后水流速度上升最终达到稳定状态。针对地下工程中高孔隙率砂岩的涌水治理提出了"深部封堵水源、浅层注浆加固"治理原则,通过现场试验,取得了良好治理效果。     

深部开采构造型突水危险性数值模拟分析

本文以三山岛金矿为工程背景,利用FLAC3D数值软件建立矿井深部开采流-固耦合数值模型,采用房柱式交替向上充填采矿法,在模拟采动条件下,尤其是采场通过F3断层时,矿体、充填体内渗流场以及塑性区的演化过程,对矿井不同开采时段、不同开采区域的突水危险性进行分析.试验结果表明:①距离断层较远时(-825 m-1盘区),随着回...     

陕北榆神矿区煤层开采顶板涌水规律分析

榆神矿区是我国陕北煤炭基地的重要组成部分,针对榆神矿区煤层开采顶板覆岩含水层涌水规律研究不足等问题,通过系统分析地质与水文地质结构特征,将矿区开采煤层覆岩划分为松散孔隙、基岩与风化裂隙、烧变岩孔洞裂隙4个含水层组,以及主、亚2个隔水保护层组;根据煤层采动导水裂隙与覆岩含(隔)水层组不同组合关系下的含水层涌水特征,提出了浅埋煤层侧向直接涌水、中深煤层侧向与垂向复合涌水,以及深埋煤层侧向涌水与垂向弱涌水3种含水层涌水模式;并采用数值分析方法,以榆神矿区典型矿井为研究对象,构建了采煤工作面尺度上煤层开采3种模式涌水分析模型,模拟结果显示,浅埋煤层侧向直接涌水型(凉水井井田),主采煤层为4^-2煤层,采动导水裂隙直接发育至松散含水层,工作面顶部含水层被疏干,总涌水量为47 m³/h,地下水流场受采动影响大;深埋煤层侧向涌水与垂向微涌水型(小壕兔1号井田),主采煤层为1^-2煤层,采动导水裂隙发育至基岩含水层,总涌水量为21.87 m³/h,以侧向涌水为主,由于主、亚隔水层复合保护,垂向涌水微弱;中深煤层侧向与垂向复合涌水型(曹家滩井田),主采煤层为2^-2煤层(均厚约为11 m),在分层开采条件下导水裂隙发育至基岩含水层内部,其侧向涌水量为23.17 m³/h,垂向涌水量为12.67 m³/h,地表松散含水层地下水流场变化较小,在一次采全高条件下导水裂隙突破亚隔水层,发育至风化基岩含水层底部,总涌水量增至131 m³/h,对松散含水层影响较大。此外,当导水裂隙带高度小于180 m、不能沟通风化基岩含水层时,随导水裂隙带高度增加涌水量增加幅度不大,当导水裂隙带高度大于180 m、导水裂隙揭露富水性较好的风化基岩含水层时,涌水量增加幅度较大,由此可见,抑制导水裂隙发育高度与覆岩强含水层的接触关系,是控制煤层覆岩涌水的一项重要措施。     

水文地质观测资料在矿坑涌水量预测中的应用

山东黄金集团三山岛金矿是我国典型的裂隙充水矿床,矿体离海最近部位仅100余米,全部埋藏在海平面以下,矿区构造裂隙较为发育,富含构造裂隙水。根据三山岛金矿深部中段的水文地质编录资料以及涌水点监测数据,确定了深部矿坑的充水条件、充水通道,运用解析大井法,根据实测数据确定了各项参数值,对矿坑深部中段涌水量进行了预测,为矿山深部中段的疏干设计提供了依据。从而保证了矿工的人身安全及矿山的安全生产,为濒海矿山开采提供了宝贵的实践经验,具有重要的现实意义。     

基于三元混合模型的滨海金矿矿井涌水水源分析

为查明三山岛深竖井建设区域矿井涌水源,选用三元混合模型分析法对三山岛矿井涌水水样进行化验分析,利用矿化度(M)和SO2-4、Mg2+浓度的线性相关性,建立地下矿山涌水源三元混合模型并计算.结果表明:模型方法简单便于操作,能够很好地判断矿井涌水水源构成;矿井涌水在浅部主要来源于海水,其次是基岩卤水,少量第四系水,随深度增...     

深部开采巷道围岩稳定性监测及分析

随着三山岛金矿开采深度不断增加,地应力增大、地温升高、涌水量和净水压力增大,巷道围岩的变形破坏日益严重,冒顶和片帮等突发工程事故发生几率增加,作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题突出。为了及时掌握深部巷道围岩的稳定性,在-555 m水平巷道布置3个断面收敛计、2个多点位移计、4个钻孔应力计,分别对巷道的表面位移、深部位移、围岩压力进行监测。通过采集和分析监测数据,及时准确地对巷道的围岩稳定性做出评价,为矿山的安全高效生产提供科学指导。     

三山岛北部海域金矿大规模海下开采地表岩移预测分析

三山岛北部海域金矿赋存于海平面下,设计生产能力达到12 000t/d,水下开采技术难度大,若矿体开采强度过高、顶柱隔离层保留不足,将可能造成海床沉降变形,引发海水倒灌的风险。根据矿床开采技术条件,在获取有限岩石力学参数条件下,本次采用软件模拟分析了海下矿床上向充填法开采条件下的地表岩移特征。研究结果表明,地表沉降变形最大值分布于矿体上盘区域,随着开采由深部逐渐转入浅部区域,地表沉降变形不断增大,研究建议留设160m顶柱,能够保证海下矿体安全开采。     

海底下金矿床开采岩移特征数值模拟动态分析

三山岛新立矿区属于海底矿床开采,设计生产能力达到6000t/d,大量、快速、高强度海底采矿与井下大量爆破势必引起海床变形与沉降、潜藏海水大量涌入井下的巨大安全风险。根据新立矿区开采技术条件,分析其不同原岩应力场下的次生应力场及岩移特征,研究结果表明,水平构造应力场对开采引起的地表沉陷有明显的抑制作用,但会引发更大的水平位移,建议至少预留65m保安矿柱,以确保矿区安全生产。     

基于随机结构模型的新立矿区岩体渗透性分析

为了掌握三山岛金矿井下岩体渗水特性,确保海底采矿的生产安全,分析了新立矿区水文地质结构特点,调查了-105 m、-135 m²个中段矿坑出水点并建立各中段渗水区水力联系,研究新立矿区岩体渗透系数张量,在一个测量面内把大测量区划分成许多小测区,把一定数量的小测区测量结果合并,得到不同大小测量面的结果。开发渗透张量计算程序,计算得出-105 m、-135 m中段岩体渗透系数张量和综合渗透系数,基于对新立矿区现场岩石露头的抽样统计,建立岩体结构面几何参数概率分布模型,通过对新立矿区岩体结构面进行随机模拟计算,得出岩体结构面连通率,修正了矿区岩体渗透系数。实测结果表明,采用连通率修正理想条件下计算出的渗透系数,具有良好的实际应用价值。     

新城金矿深部节理裂隙调查及岩体质量分级评价研究

矿区深部工程地质调查与评价是“九五”国家重点科技攻关项目“新城金矿复杂条件矿床采矿方法研究”的一项重要内容。本文主要介绍矿区节理裂隙调查、统计的方法和结果,依据调查结果对节理裂隙的分布规律及其与地下巷道、采场围岩稳定性的关系进行了分析。根据矿区工程地质、水文地质和节理裂隙发育调查统计资料,矿区地应力测量和矿岩岩石力学性质试验结果等,采用ＣＳＩＲ地质力学分类方法,对矿区分布的主要岩组进行的岩体质量分     

深井巷道断层涌水探查与封堵治理

针对某矿-808 m胶带巷变坡点以下15 m处集中出水点、涌水段落岩体破碎、围岩稳定性差、长年涌水严重影响胶带运输和巷道安全、增加了矿井的排水费用等情况,通过分析该矿的工程地质和水文地质条件,确定涌水水源为M5细砂岩含水层,巷道切割M5砂岩导致顶板涌水,涌水类型为断层导通型;运用瞬变电磁法和高密度电法综合物探与水力连通试验,确定了涌水来源及主要通道分布情况;应用Visual MODFLOW(VMF)数值模拟方法对地下水流场及运移情况进行了分析,提出“深部截源、浅层加固”封堵治理思路;最终确定了包含注浆钻孔设计、注浆参数选择等治理方案,方案在现场得到实施;运用涌水量对比法进行注浆效果评价,注浆封堵治理取得显著效果。该研究成果对类似工程具有一定的指导意义。     

三山岛金矿深井采矿卸压孔卸压数值模拟分析

三山岛金矿深井开采岩爆问题突出,为了保障作业面安全,提出了卸压孔卸压方案,建立了三维数学模型对卸压效果进行了分析,并通过三山岛金矿深部-780 m采场进行了实施。应力测试结果表明,卸压孔可以有效形成一定范围的降压区,降低了岩爆发生几率。     

采场围岩流固耦合数值模拟与充填采矿参数优化

司家营铁矿属于水文地质条件复杂类型,为确保采矿安全和矿区水文环境,采用充填采矿法采矿,建设规模为年产铁矿石2 000万t。矿山南区地表赋存丰富第四系含水层,采用渗流-应力耦合数值正交试验,建立了南区开采的优化设计模型。通过数值模拟和优化分析,揭示地下开采对地表岩移和渗流场的影响规律。对于南区充填法采矿,采用所获得的采场结构参数和充填体强度,可以控制地面变形在允许的范围内,潜在大量涌水主要发生在-450 m段和-350 m段,必须采取安全防范措施,避免采场突水灾害。