浅埋厚煤层条带充填保水开采分析研究

我国西北地区浅埋厚煤层开采对地表及潜水层造成严重破坏,而充填开采是减小地表破坏以及实现保水开采的有效途径。为研究浅埋厚煤层条带充填保水开采的安全性,以哈拉沟煤矿为研究对象,建立了“边界煤柱+条带充填体+覆岩”的力学模型,采用相似试验与现场实测相结合的方法,在周期来压步距、地表下沉及台阶裂缝等方面进行对比分析,得出了较为准确的基岩裂缝角及直接顶初次垮落步距,并通过对隔水层的稳定性分析,确定了条带充填开采的充填宽度为38 m,充填间隔为16 m。根据土工试验得到黄土层的相关力学参数,确定了下行裂缝的发育深度。结果表明:条带充填开采引起的下行裂缝未影响到主关键层,有效隔水岩组厚度满足相关规程要求,可实现安全保水开采。     

乳山金矿采场力学稳定性模拟研究

根据乳山市金矿深部矿藏的赋存条件、围岩特征和地压显现特点,对工程围岩的稳定性进行了分类.以采场结构的稳定性为前提,以降低矿石二次贫化为目的,利用三维数值分析程序,模拟了乳山市金矿深部分别采用留矿法和上向不胶结充填分层开采两种采矿方法,得出乳山市金矿在-485 m水平以下上向不胶结充填分层回采方法是首选方案.在此基础上,确定了上向不胶结充填分层回采方法的矿房参数.     

地表荷载作用下老采空区稳定性研究及治理效果分析

进行了采空区覆岩三带范围计算和地表移动延续时间效应分析,对采空区稳定性进行了初步评价。对南马圈矿和民采矿不同开采深度采矿运用MIDAS软件分阶段进行模拟,探讨采空区地表、覆岩和围岩水平位移、竖直沉降的变化规律;模拟采空区上方建筑物在地表不同位置施加以大小不同的荷载,分析其变化规律。采用全部充填注浆法、局部减跨支撑法、构筑隔离岩板法、独立生根浆柱法处治采空区,对冒落带和裂隙带注浆作了一定的探索和分析。应用XBHV-10型钢尺沉降仪进行现场监测,并对相关监测结果进行了统计分析。     

厚表土薄基岩煤层开采覆岩运动规律

 厚表土薄基岩煤层采用综放开采后基本顶将难于形成稳定结构,发生滑落失稳导致工作面“压架”,在对薄基岩定义的基础上,综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟和现场实测的方法对薄基岩煤层开采上覆岩层运动规律进行了研究。研究结果表明,若其他条件不变,“砌体梁”结构的稳定主要取决于基岩厚度和上覆表土层的力学性质及厚度,具有较大承载力的厚黏土层能与薄基岩组合形成稳定的结构,降低稳定结构所需最小基岩厚度。由此建立薄基岩工作面结构力学模型,并针对司马矿具体条件分析认为当表土为松散砂土,最小基岩厚度40 m;当黏土厚度40 m,最小基岩厚度20 m;黏土厚度30 m,最小基岩厚度30 m。据此提出首采面可安全开采,在现场工业性试验中得到成功验证。     

深埋硬岩矿床岩爆控制研究

冬瓜山铜矿是我国开采的首家有岩爆倾向的深埋硬岩金属矿山，对此开展了岩爆控制研究。应用该矿床典型岩石的变形全过程试验及峰值荷载变形条件下的松弛试验等室内试验结果和现场岩爆调查资料，分析了该矿矿岩的岩爆倾向性和井巷岩爆特性，从岩爆控制角度，采用数值分析方法以能量释放率为衡量指标，对采场结构参数、开采步骤等进行了优化。在此基础上，提出该矿床开采采用控制能量释放、减少能量储存、合理支护和进行岩爆监测等岩爆控制的原则和措施。     

砂土基型浅埋煤层保水煤柱稳定性数值模拟

浅埋煤层间歇开采保水采煤的关键是确定工作面的合理推进距离和煤柱尺寸,通过相似材料模拟已得到工作面的合理推进距离,并为实践所证实。以相似材料模拟所得到的工作面推进距离与覆岩裂隙高度关系为依据,建立了数值模拟模型,以计算工作面合理的煤柱尺寸。运用ALGOR有限元程序,模拟了基岩厚度30m以下、土层20m以下的砂土基型和基岩厚度30m以上、土层20m以上的砂土基型2种类型的工程地质条件,通过煤柱上的米赛斯应力分布、上覆岩层的拉应力分布以及顶板的下沉量等模拟结果分析,判断了煤柱和覆岩的稳定性,得出了不同基岩厚度工作面实现保水开采的合理推进距,这对实现陕北砂土基型地质条件下的保水采煤和矿区荒漠化防治具有重要意义。     

内蒙古硐子铅锌矿矿体特征及开采技术条件

内蒙古翁牛特旗硐子矿区铅锌矿床主矿体长3698 m,延伸695 m,平均厚度2.07 m,呈脉状,Ⅰ类勘查类型。近3年累计提交矿石量1171.92万t,铅金属量150 671 t,锌金属量306 969 t。文章分析了矿区大地构造位置,各矿体特征品位变化及厚度变化系数。研究了矿区的水文地质、工程地质及环境地质,依据矿床矿体分布特点及矿床水文地质条件,利用"大井法"进行了矿坑涌水量预测。根据矿体(层)围岩类型及矿石特点,采集矿区6组岩(矿)石进行力学实验,分析矿区矿层性质及稳固性。预测矿山开采对环境、生态影响程度。划分矿床开采技术条件类型,为矿山今后建设提供参考。     

采动覆岩离层的数值模拟研究

采动覆岩移动及其导致的离层分布是一个受多种因素影响的极其复杂的问题，具有极强的不可视、不可触等特点，因此，理论分析和现场观测都是十分困难的。对矿区采动覆岩的破坏过程进行了数值模拟仿真研究，重点分析了覆岩中离层的发展高度变化规律、离层区域范围的确定以及煤层采出厚度的影响作用等。数值模拟再现了采动覆岩运移及离层产生的全过程，揭示了离层高度与工作面推进距离、离层区域发生范围和煤层开采厚度之间的关系。数值模拟结果确定了覆岩离层产生的位置、离层大小等，从而为采用离层充填注浆控制地表沉陷等提供了重要的理论基础和依据。     

基于离散元数值模拟采空区顶板崩落矿岩冲击效应研究

文章以露天采区和地下采空区相互错杂的复杂矿区为工程背景,提出崩落采空区顶板充填采空区以提高露天开采环境安全性的工程方法.运用离散元数值分析程序模拟采空区顶板崩落矿岩对悬空底板的冲击作用,试图探寻解决在岩体结构改造工程过程中的技术难题.通过数值模拟分析,文章提出了分层崩落矿岩、大崩落宽度和逐次增加矿岩崩落厚度的顶板崩落工程方法.     

干旱半干旱矿区水资源保护性采煤基础 与应用研究

 干旱半干旱矿区水资源保护性采煤既是一项重要的国家发展战略,也是重要的基础和应用科学研究内容之一。结合神东矿区具体地质采矿条件,从矿区水文地质结构分析、采动覆岩导水裂隙通道发育规律与隔水关键层稳定性、有隔水层区上覆含水层保水采煤方法、无隔水层区上覆含水层预疏放转移存贮等多个方面,系统地展开了对干旱半干旱矿区水资源保护性采煤的基础与应用研究工作。通过水文地质分析,将浅层含水区域分为4种水文地质结构类型,又把有隔水层区结构细分为5种隔水层结构,进而提出了5种保水采煤分区。通过现场实测、数值模拟和理论分析等,揭示了采动覆岩裂隙演化、渗流通道发育与渗流规律,并给出了隔水关键层稳定性判别条件。根据不同的地质采矿条件,提出了针对有隔水层区上覆含水层的控制隔水关键层结构稳定保水开采方法、控制采动导水裂隙闭合保水开采方法、局部支撑区域充填保水开采方法,提出了针对无隔水层区上覆含水层预疏放向采空区转移存贮水方法,并在实践中取得了良好的应用效果。     

高地应力硬岩矿山诱导致裂非爆连续开采初探——以开阳磷矿为例

 在阐述深部金属矿硬岩在高地应力作用下储能特征的基础上,分析随着金属矿山开采深度的不断增加,诱导致裂矿岩非爆连续开采方法实现的可能性。实现非爆连续开采硬岩矿山有2个必要条件：一是高效能采掘设备,二是有发育的岩体节理等结构。高地应力矿区岩体开挖卸载后,应力重分布会造成岩体强度的弱化,不稳定块体增加及地下水渗流条件改善,为机械开采提供了有利条件。通过对开阳磷矿深部磷矿体进行的地质调查和对深部磷矿体矿开展的高应力硬岩矿山非爆开采试验,进一步论证高应力诱导致裂硬岩的可行性。通过诱导工程和测试诱导巷道的松动圈范围,证明卸荷作用下岩体的节理、裂隙迅速扩展,诱导巷道的松动圈范围超出爆破松动区范围;松动圈内矿体可实现高效率机械化开采,从而实现硬岩矿山的非爆连续开采;比较独头掘进和开挖诱导巷道下多自由面掘进的效果,诱导致裂条件下开采效率得到显著提升,而且还改善了块度分布。     

大型金属矿体开采地应力场变化及其对采区岩体移动范围的影响分析

根据金属矿地下开采引起的地应力场变化对岩体移动变形范围影响的工程实际，采用现场实测和数值分析方法，对深埋破碎金属矿体开采引起的地应力场变化及其对地质环境影响并导致岩体移动变形范围不断扩大这一客观现象进行了具体计算分析。结果表明，矿体开采后，随着采深的增加地应力明显增大，岩体移动变形的影响范围也随之而增大。另一方面，地应力场变化，尤其是水平方向的构造应力场变化和影响是不可忽视的。     

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。     

基于GIS和概率积分法的北洺河铁矿开采沉陷预测及应用

金属矿山多为裂隙发育的块状岩体，因而开采引起的地表沉陷机制不同于层状地层的煤矿。为指导矿山安全生产及地表沉陷治理提供科学依据，以崩落法开采矿山地表沉陷为具体研究对象，对北洺河铁矿开采沉陷预测研究，将基于GIS和概率积分法的开采沉陷预测方法应用于采用无底柱分段崩落法的金属矿山中。通过GIS建模全面反映矿区的三维地理、地质信息及其内在属性，应用基于概率积分法和组件技术开发的MSDAS-GIS系统进行开采沉陷预测。利用GIS强大的空间分析和图形显示功能对预测结果进行分析和处理，并直观反映出开采沉陷对周围环境的影响程度及范围。通过与地表观测数据及实际情况的对比分析，验证预测方法的适用性，同时也为指导金属矿山安全生产提供良好的三维可视平台。     

玲珑金矿深部开采岩体能量分析与岩爆综合预测

 玲珑金矿是石英脉型金矿床, 目前开采深度已超过500m , 未来开采深度将超过1 000m。对此类矿床赋存条件的地下矿山, 深部开采时可能遇到的一个突出问题就是岩爆。根据系统的工程地质调查、地应力场现场实测、岩石力学试验、三维有限元数值模拟的结果, 采用多种岩爆判断准则, 分析了玲珑金矿深部开采时围岩中的能量分布规律和发生岩爆的可能性, 提出了防治岩爆的建议措施。     

程潮铁矿西区地下开采引起的地表变形规律初探

 以湖北鄂州程潮铁矿西区为例,依据近6 a的地表水平位移、沉降位移变形监测成果,对地下开采引起的地表变形规律进行分析。结果表明：程潮铁矿西区从地表塌陷至今,等值线、移动线和陷落线在矿区东北端扩展最多,并且在2010年1月,设置的关卡门至措施井往西约150 m的矿区公路(以下简称矿区公路)、粉矿堆场及运输隧道东南端处的地表岩体突然加速,究其原因是矿区水平应力得到较大程度的释放,特别是东北端,使得矿区公路和粉矿堆场处深部岩体开始形成弯曲折断面,目前进入沿着高陡倾角的拉张裂缝向采空区的倾倒滑移破坏阶段,地表岩体以快速变形为主,而运输隧道东南端处的深部岩体只是发生弯曲变形,地表岩体在经历较短时间的快速变形之后,又线性稳定增长,进入倾倒破坏阶段。其成果能为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

金川二矿区地下巷道变形监测分析及应用

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。通过对二矿区地下巷道的长期变形监测，结合现场工程地质调查研究，综合分析了采准巷道的失稳主要受采动因素和岩体结构因素的影响。提出二次支护与巷道破坏后的重新支护宜强不宜弱的论点与地压控制措施，为后续采矿的顺利进行提供科学依据。     

基于微震监测技术的矿山高应力区采动研究

 冬瓜山铜矿是目前国内开采最深的金属矿山之一,岩石具有典型的岩爆倾向性,最大应力为38 MPa,为控制岩爆的发生及制定高应力区采矿的战略,2005年矿山引进南非ISS国际公司的微震监测系统,实现对采矿引起的岩体应力、应变状态的实时监测。简单介绍冬瓜山矿微震监测系统的布置;基于一段时间内监测到的有效事件,对井下首采区地震事件的时间与空间分布进行研究;利用可视化工具JDI对事件的相对集中区域进行圈定,并与井下生产活动相结合,分析原因;还提出对井下工程岩体危险识别的手段,并用实际发生的事件验证;综合研究成果,制定以微震监测技术为基础的高应力区采动分析的工作程序,为目前矿山的安全生产提供依据。     

Rock quality classification and stability evaluation of undersea deposit based on M-IRMR

The mine improvement of rock mass rating (M-IRMR) evaluation method was put forward based on the existing theory of the rock quality classification and the stability evaluation in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine, China. The M-IRMR evaluation method includes 9 evaluation indexes which are rock compressive strength, rock quality index RQD, joint spacing, joint state, groundwater state, joint direction, ground stress, blasting vibration, and exposed area, respectively. During the evaluation process, according to the special features of the undersea deposit, the rock mass rating (RMR) method was used as the foundation, and the four geological parameters (i.e., rock compressive strength, rock quality index, joint spacing, and ground stress) were modified. The computing methods of the two engineering factors (blasting vibration and exposed area) were presented. The M-IRMR rock quality classification and stability evaluation method was applied in the level of −420 to −690 m in the undersea deposit of Sanshandao Gold Mine and the classification results were consistent with the actual situations, which can provide a scientific basis for choosing the suitable mining method and stope support system of the undersea deposit.     

胡家河主井井架设计方案优选

井架是煤矿和其他金属矿山的标志性构筑物。对较深层煤炭或其他金属资源的开采方式有立井开采和斜井开采两大方案,其中立井开采时钢井架多为首选方案。胡家河主井井架为西北地区目前规模最大的提升钢井架。通过对结构体系方案的选用、结构分析方法的采用以及结构材料及防腐技术的对比分析,对工程进行了优化。结果表明,所采用的方案具有较好的技术经济效益。