采矿动态环境中巷道稳定的探索

金川矿山地下工程围岩的工程地质条件差，地压活动强烈，尤其是处于采矿动态环境中巷道的失稳更为严重。本文以二矿区二期工程采准巷道为例，论述了巷道的采矿环境，围碉的工程地质特性和施工阶段的变形特征，总结了采矿期间巷道的变形特征。针对采矿动态环境中巷道变形破坏严重的问题，进行了分析探讨。     

丰山铜矿难采矿体地压显现机理及控制技术

阐述了丰山铜矿难采矿体的地压分布规律，分析了巷道失稳破坏的机理，根据地压显现机理，建立了与围岩变形，破坏相适应的地压复合控制技术，应用监测技术平价了地压控制效果，安全采用了难采矿体。     

采矿动态环境中巷道稳定的探索

金川矿山地下工程围岩的工程地质条件差，地压活动强烈，尤其是处于采矿动态环境中巷道的失德更为严重。本文以二矿区二期工程采准巷道为例，论述了巷道的采矿环境、围岩的工程地质特性和施工阶段的变形特征，总结了采矿期间巷道的变形特征。针对采矿动态环境中巷道变形破坏严重的问题，进行了分析探讨。     

构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制研究

 冲击地压是煤矿开采中因采动或动载诱发煤岩体变形能剧烈释放,并伴随地下采掘空间煤岩体突然、急剧和猛烈破坏的现象。随着煤矿开采深度和开采强度的持续增加,地下开采面临的构造地质条件日趋复杂,我国越来越多的煤矿开始出现冲击地压现象,破坏性冲击地压频繁发生且日益严重。冲击地压的孕育和显现是构造特征和地层特征在采掘动态平衡过程中能量稳定态积聚及非稳定态释放的结果,是煤岩体性质、地质特征和开采技术条件的综合反映,同时该问题具有明显的时空演化特征。 义马矿区是冲击地压的高发矿区,且冲击地压多发生在回采巷道,巷道冲击地压的本质是巷道围岩在高应力作用下的突然失稳、变形和破坏。向斜构造应力、断层构造应力、上覆巨厚砾岩局部离层断裂垮落造成巷道的非均匀应力和开采扰动是义马矿区回采巷道冲击地压发生的主要影响因素。运用现场调研、相似模拟试验、数值计算和现场工业性试验相结合的方法,深入研究构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制及防治技术。主要工作与创新点如下： (1) 针对义马矿区11个典型工作面发生的89次冲击事件进行统计分析,得出了义马矿区冲击地压以回采巷道冲击地压为主,冲击引起的回采巷道变形破坏以底鼓为主。 (2) 设计了具有义马矿区向斜、断层和巨厚砾岩地质特征的相似模拟试验,并采用数字散斑全位移场监测、应力场监测和能量场监测,研究了采动影响下距工作面不同距离和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性及失稳变形破坏特点,并分析了巨厚砾岩离层断裂时巷道围岩变化规律和断层滑移活化时巷道围岩变化规律。 (3) 建立了具有向斜、断层和巨厚砾岩特征的数值模型,研究了采动影响向斜作用下巷道围岩冲击特性(巷道围岩的应力场、能量场、位移场和塑性区(三场一区)是巷道围岩冲击特性的表现形式),对比分析了向斜轴部和翼部回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响断层作用下巷道围岩冲击特性,对比分析了断层下盘和上盘回采巷道围岩冲击特性异同;研究了采动影响巨厚砾岩作用下回采巷道围岩冲击特性,从不同砾岩厚度条件下对比分析回采巷道围岩冲击特性;研究了采动影响构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道围岩冲击特性,对同时间不同地点距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性、同地点不同时间距工作面不同距离回采巷道围岩冲击特性和距断层不同距离回采巷道围岩冲击特性分别进行详细分析。 (4) 提出了构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压机制、义马矿区回采巷道冲击地压综合防治体系和具体防治措施,并对回采巷道强力柔性支护体系、U型钢联合支护体系和锚杆支护体系进行评价总结,依据应用实践得到的回采巷道冲击地压前兆规律,得出强力柔性支护体系在防冲巷道支护中对巷道围岩应力场、能量场和位移场的关键控制作用明显优于U型钢联合支护体系和锚杆支护体系,且可以很好地适应并控制巷道围岩变形,对构造与巨厚砾岩耦合条件下回采巷道冲击地压防治起到积极且显著的作用。     

网壳锚喷支护理论分析及其在兖州矿区的应用

跨采及软岩巷道地压强度高、变形强烈,支护较为困难。传统支护方式成本高、工艺复杂。根据地面大跨度板壳原理设计出网壳结构,该结构稳定性强,能承受较大变形地压及冲击荷载。钢筋网壳结构是巷道支护工程中一种新型的支护形式,既可在巷道内单独组装对围岩进行连续支撑,又可先撑后喷,在围岩表面形成半刚性钢筋混凝土薄壳衬砌结构。能承受强大变形地压及采动荷载,达到用较少材料又提高喷层支撑能力与让压的目标。介绍了钢筋网壳锚喷支护的技术特色与支护原理,并对其进行理论分析,推导出钢筋网壳锚喷结构的计算模型及其内力与主要应力的计算表达式。完成了室内整架载荷试验,成功应用于兖州矿区跨采巷道。     

放炮震动诱发煤矿巷道动力失稳机理分析

发展了J.Litwiniszyn关于震动波诱发巷道动力失稳理论,分析了炮采震动诱发煤层巷道稳定性的影响,从理论上解释了放炮震动诱发冲击地压的根本原因。结合赵各庄矿实际生产情况,利用有限差分软件FLAC2D,对比分析了无支护和两种不同柔性支护条件下,巷道受放炮震动影响后的变形破坏情况。研究表明:放炮震动不仅增加了巷道围岩荷载,同时震动波的传播在围岩内产生了裂纹并在煤层和顶底板间诱发摩擦滑动,从而降低了围岩体的承载能力;柔性支护能有效吸收放炮震动的能量,降低巷道变形量;炮采影响下的防冲柔性支护,“U”型钢可缩支架略优于锚网支护。     

金川二矿区深部工程地质研究与岩体质量评价

金川矿区1#矿体是金川矿区主要矿体,也是二矿区二期开采的矿体.由于矿体埋藏深而地压大,矿区地应力高,岩体节理裂隙发育,围岩稳定性极差.随开采延深、采场面积扩大,采场地压控制和巷道稳定性维护是二期开采中的关键技术问题,为了探索最佳采场地压控制措施和巷道支护技术,进行二期采场系统分析与参数优化,工程地质研究与岩体质量评价是深部开采的基础.为此,金川矿区对此进行了深入研究.首先,开展了深部工程围岩的现场调查、分析与研究,在此基础上,进行工程围岩分类和质量评价.     

无底柱分段崩落采矿法开采深埋软破缓倾斜矿体采场地压显现规律

针对小官庄铁矿西区的地质和采矿条件,分别采用采场地压的宏观调查、巷道变形收敛量测、三维弹塑性有限元分析和三维光弹性试验等手段,揭示了用无底柱分段崩落法开采小官庄铁矿西区深埋,软弱破碎围岩和缓倾斜矿体采场地压显现规律。采场地压的显现具有明显的分区分带特征,不同区带中的地压活动程度有很大差异,采场地爪显现具有动态特征。最后指出了影响采场地压显现的重要因素。在—260m水平开采中,采取了相应的措施,有效地控制了地压,获得了巨大成功。     

地质结构影响下的金属矿山地压显现机制初探

以金山店铁矿东区为工程研究背景,采用地质调查、位移监测、数值模拟及理论分析方法,开展地质结构影响下的金属矿山地压显现机制研究。研究结果表明,随采矿进深,岩体结构面对采空区围岩地压显现的范围具有明显控制作用,在陡倾优势结构面作用下,采空区上盘围岩形成反倾岩壁,下盘围岩形成顺倾岩壁,上盘地压显现范围远大于下盘;地压显现特征差异明显,结构面主控区的巷道以断面整体偏转变形为来压特征,断层控制的巷道以顶板垂直垮落为主、来压更为剧烈;地压显现的空间错动效应是结构面产状和局部断层滑移综合作用的结果,表现为开采阶段巷道稳定、而已采及深部未采矿体的阶段运输巷道发生大面积连续垮塌冒落。     

埋深千米综放采场沿空巷道冲击地压防治研究

深井冲击倾向采场的沿空巷道是冲击地压易发难防治区域。针对华丰煤矿埋深千米强冲击缺少了上保护层的开采条件,研究其沿空巷道防冲机制,将下工作面回风巷置于已采上区段运输巷底板下方卸压区域,实现了埋深超千米无区段煤柱开采;通过建立端头覆岩结构模型计算胶结顶板巷道支护强度,采用广义库仑理论计算采空侧压力评估两帮支护匹配性,确定的支护设计确保覆岩、两帮稳定;通过支架承载变形特征阐述其对冲击载荷的有效防冲机制。采用微震、地音、应力在线预警系统和钻屑法监测,实现区域预警→点监测量化验证预警,评价沿空巷道无冲击危险,不需要采取以往繁琐且难以保证解危效果的爆破、大直径钻孔卸压等工艺,且支护效果良好。研究成果对深井防治沿空巷道冲击地压有借鉴价值。     

金川矿山深部采掘条件下岩石力学研究与实践

 金川矿山经过几十年开采,开采深度已达1 000 m,复杂的工程地质条件、高地应力以及高渗透压导致深部开采工程的稳定性问题愈加突出。对金川二矿区深部850～1 000 m水平进行大量的现场地质调查研究,测试深部典型岩石的物理力学参数、膨胀与软化特性,研究岩石力学性质和地应力随埋深的变化规律。采用岩体地质力学(RMR)分类法和岩体质量(Q值)分类法,绘制二矿区深部各分段水平的岩体质量分区图。在深入调查金川矿区深部巷道变形和破坏特征的基础上,对高地应力、高渗透压下深部巷道开挖支护稳定性进行研究,结果表明,U型钢和锚杆联合支护效果最佳。全面总结金川矿区深部巷道支护经验,对巷道掘进和支护技术提出几点新的想法。研究不同开采方式对金川矿区深部充填体和围岩稳定性的影响,优化矿体回采方式,建议采用“隔三采一”布置回采进路,有助于控制围岩的变形,减弱上部充填体的下沉。     

断层滑动准则和稳定性评价及构造应力场的反演

 为研究矿震、突出等动力现象与断层滑动、开采深度的关系,首先在试验室进行砂岩双剪摩擦试验,从工程角度出发,确定砂岩的滑动准则。其次为研究地下岩体的稳定性,确定构造应力场的分布,针对地下岩体的赋存特点,在分析实测应力分布特点的基础上,通过地质动力区划方法建立地质构造模型,采用有限元法反演复杂断层扰动下的构造应力场,计算结果与矿区震源面制分析结果以及原岩应力测量结果取得较好的一致性。计算的高应力区域中心位置位于I级断裂的不连续地带,与地下地震多发地带相对应,说明构造应力是矿区地震的主要成因。研究表明,断裂面的失稳滑动是北票矿区地震的主要机制,构造应力的存在是矿震发生的必要条件,而矿区开采则是发震的诱导因素,北票断裂对区域其他次级断裂及其构造应力区起主导和控制作用,是北票矿区动力现象的动力源。     

金川二矿深部1 000 m中段地应力测量 及应力状态研究

 金川镍矿是我国最大的硫化铜镍矿,而二矿又是金川镍矿的主力矿山。目前二矿已进入深部开采阶段,由于矿岩破碎、剧烈开采扰动以及巷道采场结构越来越复杂,加之应力状态的改变,围岩稳定性问题更加突出。为此在二矿深部1 000 m中段进行了系统的地应力测量,以了解深部应力分布特征及其变化规律。现场测试采用空心包体应力解除法,共获得7个测点的三维应力数据。地应力测量成果表明,在井下700～800 m深度范围内,最大主应力量值基本为20～30 MPa,大部分测点最大主应力方位为NNE～NE向,最大主应力倾角在40°以上,以水平应力为主导的应力作用特征发生改变。     

三维可视化建模技术在岩体质量评价中的应用

 岩体的结构特征对岩体工程施工有着重要影响,因此,正确进行岩体质量评价对工程设计和建设具有十分重要的意义。通过对大量数据的采集分析,运用三维可视化工程软件,以一种新的数据结构和方法建立工程结构和地质体三维线框和块段模型,并采用地质统计学方法对三维地质块段进行质量评价指标有效估值,最后按照空间图形集合运算算法,将不同指标的块段模型合并到一起,对岩体质量进行分析评价。将上述理论方法应用到金川III矿区的矿岩可崩性研究中,获得良好的应用效果。     

金川不良岩层巷道锚注支护试验研究

分析了金川矿区不良岩层巷道支护现状,论述了新型锚注支护技术的适用性。通过锚注支护用于二矿区1198水平分段道修复的现场试验,介绍了锚注支护设计方案、技术参数和施工工艺,巷道修复前后围岩变形观测结果表明,锚注支护取得良好效果。研究认为,锚注支护效果良好、成本低、施工简便,是适合于金川矿山不良岩层巷道特点的新型支护技术,可进一步推广。     

基于地应力现场实测与开采扰动能量积聚理论的岩爆预测研究

高地应力诱发的岩爆灾害是目前深部地下工程经常遇到的工程地质问题。现场地应力测量是岩爆预测的重要前提,根据三山岛金矿深部测量和岩体赋存状况的特点,优化应力解除测量技术并在矿区深部进行现场实测。提出采场岩爆发生的2个必要条件,即岩石具备储备高应变能的特性和采场具备高应变能积聚的应力环境。基于地应力实测与岩石力学室内试验结果,采用多准则判据对矿区深部发生岩爆的倾向性做出定性分析与评价。FLAC3D数值模拟分析揭示深部开采引起的采场围岩能量积聚、分布状况及变化规律。首次采用地震学的知识,对三山岛金矿未来深部开采过程中可能诱发岩爆的地点和级别做出预测。研究成果为深部地下工程岩爆的预测、预报提供新的思路和途径。     

深井沿空留巷扩刷修复技术及应用

 以朱集矿埋深900 m首采工作面沿空留巷扩刷修复工程为背景,采用现场实测和理论分析的方法分析深井留巷扩刷修复前围岩变形、应力、结构等状态,提出留巷扩刷修复结构临近失稳的概念,确定留巷扩刷修复的合理时机,组织留巷扩刷修复时的合理工序,制定留巷扩刷修复巷道的主被动协同支护方案。研究结果成功运用于朱集矿深部留巷扩刷修复工程,围岩监测结果表明,留巷扰动变形在修复后得到有效控制,各项指标满足下一工作面回采要求。     

超高水开放式充填开采围岩破裂的微地震监测

 超高水材料充填开采对于围岩长期稳定性的控制作用,在国内外均缺少相关的研究。以冀中能源邯郸矿业集团陶一煤矿(简称陶一煤矿)充6工作面为背景,采用微地震和围岩应力动态监测相结合的实时监测方法,综合地表沉陷的测量数据,首次对超高水材料开放式充填大面积开采效果进行研究和评价。根据监测结果,在陶一煤矿充6工作面采高3 m、采深约300 m、工作面斜长120 m的条件下,工作面围岩覆岩破裂最大高度为48 m、支承压力影响范围35～40 m,工作面上方地表最大沉陷量为98 mm。结果表明,超高水材料开放式充填能够有效控制围岩破裂范围,减小采动影响,且在仰斜开采工作面运用效果较好。     

深部巷道围岩的分区破裂机制及“深部”界定探讨

通过分析巷道围岩的应力状态和变形破坏多阶段、多水平的性状，揭示巷道围岩最大支撑压力区的体积变形状态及其后果，得出深部围岩区域破裂现象的发生条件、岩体的初始压力和围岩全过程变形状态，尤其是围岩峰值后状态下材料的残留强度芙系。根据分区破裂现象的出现条件，提出界定浅部及深部工程活动的标准：浅部工程——坑道最大支撑压力区不破坏的深度：深部工程——坑道最大支撑压力区发生破坏的深度。     

高应力软岩巷道围岩变形破坏研究

 以某有色金属矿山巷道为例, 给出了高应力软岩的定义, 论述了高应力软岩的特征、形成条件以及高应力软岩巷道围岩的变形破坏特征和类型, 分析了巷道开挖前后地应力状态的变化及其对围岩变形破坏的影响, 并从岩体和工程岩体围压状态变化和强度变化角度探讨高应力软岩围岩的变形破坏机理。