某矿大型采空区顶板冒落危害及处理

以云南某钨矿2 280 m中段采空区为工程背景,研究采空区冒落所产生的危害影响并进行处理措施。首先通过对"上覆岩层三带理论"以及冒落"空气冲击波"的模型进行分析;其次对采空区冒落所产生的冒裂带的高度、空气冲击波的速度进行计算。研究结果表明:2 280 m中段采空区的冒裂带不贯通地表,但采空区的冒落产生的空气冲击波对井下的人员生命、生产设备、安全生产造成威胁;最后通过比较四种基本采空区处理方法优劣,最终选择封闭隔离法对采空区进行处理。     

诱导冒落法处理时采空区散体垫层的安全厚度

采用诱导冒落方法处理采空区是一种新型的采空区处理方法。但该方法需要用散体垫层隔离回采工作面与采空区的空间联系,防止冲击气浪危害。通过总结应用散体垫层防止冲击气浪危害的矿山成功经验,得出散体垫层最小厚度的计算公式。根据书记沟铁矿2#井田4个中型采空区的实际情况,利用所总结的确定散体垫层厚度的经验公式对4个采空区所需散体垫层厚度分别进行计算,并有针对性地提出了防治气浪冲击危害的具体技术措施。方案实施效果充分证明了所给出的散体垫层厚度及相应技术措施是有效的。     

冲击载荷作用下矿柱力学响应特征分析

随着采矿逐渐向深部发展,冲击地压灾害频繁显现,特别以大空间赋存采空区的坚硬顶板整体冒落引发的冲击灾害严重影响着矿山安全高效发展。以东升庙铜矿11号矿体+850 m水平以上采空区围岩冒落诱致冲击灾害为研究背景,应用工程类比法,建立了冲击力学模型,即将冒落体简化为圆柱体冲击垫层,将矿柱简化为梁结构。基于材料力学理论、应力扩散理论,建立了受冲矿柱内部最大拉应力、剪应力、挠度与垫层厚度的关系式,进一步研究了3个力学响应量随垫层厚度的变化规律以及垫层最佳设置厚度,并应用FLAC^3D数值模拟对理论分析最佳垫层厚度的有效性进行了验证。研究结果表明：（1）冒落体对垫层的最大冲击力以及此时在垫层中的位移随垫层厚度增加而分别减小和增大,同时2者减小和增加的幅度均随垫层厚度增大而减小;（2）矿柱内最大拉应力、最大剪应力、最大挠度均随垫层厚度的增加而减小,同时减小的幅度也随垫层厚度增加而减小;（3）从经济节约、安全有效的角度出发,分析了垫层最佳设置厚度,认为设置厚度18 m左右的垫层是最合理的。研究成果可以为矿山采空区处理、山地道路棚洞防护等工程提供理论指导与经验参考。     

大型采空区高天窗开通技术研究

空场法回采所形成的大型采空区的顶板冒落产生的空气冲击气浪将严重影响矿山的生产安全,此类矿山一般采用在空区底部保留碎石垫层预防顶板冒落冲击,但是碎石垫层的瞬间滤波效果有限,开通天窗泄压效果更明显。运用气体质量守恒定律计算确定了天窗的开通面积,并采用深孔分段爆破的方式形成282~335m2的泄压高天窗,为矿山安全生产提供了保障,也可为类似矿山的空区处理提供借鉴。     

东升庙铜矿采空区围岩大面积垮落冲击波致灾原理与防治

为有效预防采空区围岩大面积垮落诱发的空气冲击灾害,以东升庙铜矿2号采空区为例,利用顶板垮落-空气耦合冲击力学模型、空气动力学理论、Matalab差分计算方法,对空气冲击灾害和阻波墙结构进行了研究。研究结果表明:冒落围岩在采空区底部激发的冲击波极限波速约为38m/s,已远远超过人体的伤害界限12m/s;冲击波在巷道内传播的衰减规律呈直线型,但在距离巷口100m范围内冲击波衰减很不明显,各巷道断面最大冲击波波速仅降了2～3m/s;爆破岩石堆阻波墙不能有效阻挡冲击波,仅能配合其他措施使用,而采用2. 7m厚的混凝土阻波墙可以起到防冲效果。研究成果符合工程实际应用,可以为同类矿山研究采空区空气冲击灾害做参考。     

东升庙矿采空区大面积塌落安全防护措施探讨

根据东升庙矿现存采空区,进行了大面积塌落危害预测,该采空区若发生大面积塌落,会在采空区底部形成波速约为44 m/s的空气冲击波,如此大的冲击波会对井下人员和设备造成严重的安全隐患。为防止大面积塌落的危害,提出了综合防治措施。     

采空区缓冲垫层最小安全厚度分析

为了分析采空区顶部垮落过程对下部结构体的影响,文中以2号矿体采空区为背景展开分析。首先通过建立数值模型计算,确定2号矿体的平衡拱极限垮落跨度为51.38m,冒落拱的高度为12.8m,结果表明,上盘围岩冒落不会通达地表;然后,通过PFC2D模拟软件,建立缓冲垫层分别为14m、16m、18m、20m、22m五种方案进行分析,通过对采空区下部结构体内部裂纹数和结构体受到的冲击力进行监测,对比理论计算结果进行分析,结果表明,当垫层厚度为20m和22m时,下部结构内裂纹数为0,且结构体受到的冲击力小于其所能承受的最大应力(0.525MPa),由此可知2号矿体采空区最小安全垫层厚度为20m,案例对比分析验证了20m缓冲垫层厚度的合理性。     

化学炮泥在煤矿爆破工艺中的应用

炸药爆炸的瞬间产生冲击波,冲击波首先沿着炮眼方向给化学炮泥一个压力,化学炮泥前端胶状体受压瞬间破裂形成雾化与爆炸形成的有害气体发生化学反应,化学炮泥后端的封堵物起到消音和防止在冲击波作用下炮药从炮眼中拔出。     

浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱稳定性研究

为了降低房柱式采空区煤柱失稳引发顶板灾害的危险性,通过建立浅埋煤层房柱式采空区单个煤柱失效引发大面积垮落的数值模型,对房柱采空区煤柱的承载特征进行分析,得到了房柱式采空区煤柱尺寸对整个采空区稳定性的影响关系。基于房柱式采空区煤柱应力与强度的关系,建立了浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统数学分析模型,借助数值模拟方法,对鄂尔多斯地区奎乌煤矿房柱式采空区顶板-煤柱群系统的稳定性进行迭代计算,可对该矿房柱式采空区的稳定性及破坏发展过程进行预测,为浅埋煤层房柱式采空区顶板-煤柱群系统稳定性的评价提供了理论支持,同时再现了在流变条件下诱发大面积顶板灾害的煤柱群失稳过程。     

GPS技术在采空区上滑坡变形测量中的应用

在采空区上方进行滑坡变形测量,由于受采空区的影响,很难找到稳定的地方埋设监测基点,因此用传统的测量方法监测,将面临转站多、误差累积大、监测时间长等不利因素.本文介绍了GPS技术在采空区上方滑坡变形测量中的应用情况,实践证明,运用GPS在采空区上方进行滑坡体的监测,完全能够满足<规范>要求,并能达到节约人力物力、计算简便、快速等效果.     

矿石垫层消波分析实验

在激波管内充填高压气体模拟矿顶冒落后产生的高压气浪，充填块石模拟矿石垫层。对不同厚度、不同孔隙率的垫层的消波作用进行了试验，并在矿山进行了现场实验，得出了一致的规律。获得了垫层厚度的确定方法。     

Substantiation of Protective Cushion Thickness in Mining under Open Pit Bottom with the Caving Methods at Udachnaya Pipe

The results of the research aimed to substantiate parameters of loose ore and rock mass (protective cushion) formed to protect and isolate underground mines from the open pit mine at Udachnaya kimberlite pipe under mining with the caving methods are presented. The thickness of the cushion is determined based on the effect of an impact of caved rocks and the resultant air blast, and is meant to isolate aerodynamically and thermally the open pit and underground mines. The thickness of the protective cushion is calculated with regard to an increase in the depth of mining down to a level of –680 m.

     

大中铁矿Ⅱ~#矿体采空区处理方案研究

针对大中铁矿Ⅱ#矿体开采后存在的空区危害,提出了采取控制冒落与诱导冒落相结合的采空区处理方案,按空区冒落气浪冲击原理建立了模型,并对冲击危害进行了评价,建议设置空区垫层厚度、地表陷落区的圈定及警示标记,有效地解决了大中铁矿的空区危害。     

Estimation of Rock Failure Zone under Confined Explosion

The model of rock-mass shattering is constructed with due regard for the wave load attenuation governed by the geometrical divergence of wave and irreversible losses in rock. The geometrical similarity of failure zone is proved for explosions of different energy. The analytical relations connecting the blast wave characteristics and failure parameters are established.     

东升庙矿柱回采顺序研究

对东升庙铅锌矿矿柱的形成与分布进行分析和调查.随着矿柱的回采,空区暴露面积增大,其冒落形成的空气冲击波将会造成巨大的危害.运用空气冲击波理论,计算了采空区临界冒落面积,得出空区允许的最大跨度为159m;对不同回采顺序的矿柱应力分布进行了分析,最终提出了从中央向端部推进的矿柱回采顺序.     

多空区极复杂大隐患环境下残矿安全高效回采技术研究

针对可可塔勒铅锌矿多空区极复杂大隐患环境下的残矿开采,借助束状孔变抵抗线爆破技术,采用束状深孔区域整体崩落为主、边角矿中深孔爆破落矿为辅的技术方案,并利用采空区底部扩漏形成的大漏斗出矿结构,不仅有效解决了复杂多空区的安全隐患,而且实现了残矿的大规模高效开采.     

急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术研究

针对急倾斜中厚破碎矿体采用浅孔留矿法开采时,存在的采场作业安全条件差、矿石损失贫化大等问题,以锡林浩特萤石矿为工程背景,从岩体可冒性、工艺方法改进、冒落防控等方面对急倾斜中厚破碎矿体空场嗣后充填安全开采技术进行了系统研究。通过矿岩可冒性分析,构建了岩体冒落力学模型,计算得到极限冒落跨度值为5.4~6.4 m,小于矿体的平均厚度（7 m）,存在冒落事故风险;从回采作业安全及损失贫化控制角度出发,提出了以垂直深孔落矿阶段矿房法为主的空场嗣后充填开采工艺,给出了采场结构布置方法,采用分段崩矿、中段及阶段出矿方式,确定的合理崩矿步距为1.56 m;在此基础上,分析了采空区顶板冒落冲击风险,计算得到采空区顶板岩体冒落形成的冲击气浪值为34.96 m/s,远远超过了《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423—2020）规定的数值,给出了防治冒落冲击灾害的安全散体垫层铺设方法,确定的合理散体垫层厚度为3.3 m。通过现场工业试验,采场作业安全,矿石回采率提高了7.31%,贫化率降低了7.66%,经济效益显著,可实现该类矿山安全高效开采。     

太赫兹波穿透煤层的衰减特性

研究了煤层对太赫兹前端频率附近的电磁波(75~750 GHz)的衰减特性,经过测量太赫兹前端频率附近的电磁波垂直入射煤层前后的能量,并通过理论公式计算得到同一煤层对75~750 GHz频率范围的电磁波衰减值以及不同湿度、不同地区煤层对W频段（75~110 GHz）电磁波的衰减值。研究结果表明,同一煤层对不同频率的电磁波的衰减为5.02~43.49 dB/cm;不同湿度情况下煤层对110 GHz电磁波（W频段内）的衰减为5.88~47.65 dB/cm。频率越高或者是煤含水量越大,煤层对电磁波的衰减值就越大;同时也得知了不同地区煤层的衰减也存在着差异。     

排山楼金矿采空区充填技术研究

本文根据排山楼金矿采空区稳定到亚稳定的现状,以及地表尾矿库需要保护程度的要求,提出留"L"字形保安矿柱和从地表打井分区充填采空区的综合治理方案。其中北侧空区稳定性较好,用VCR法从地表掘井后,用废石充填+碎石混凝土接顶。南侧空区目前处于亚稳定状态,采取钻孔监控下逐步充填方案,即从稳定性较好部位向稳定性较差部位依次打井充填。在充填井的施工与充填过程中,用钻孔监测空区冒落状况,建立报警系统,确保施工安全。此外,对于南侧空区,还考虑了一旦冒透地表后的散体充填黄泥的防渗处理预案。目前该方案正在实施中,其中北侧空区已用VCR法凿井42m。初步实施效果与分析表明,上述监控充填方案,能够较好地适应空区围岩的稳定状态,可使空区得到安全、经济、高效治理。     

浅层地震采空区探测计算机仿真正演

通过计算机仿真图形计算，对不同激发频率、不同采空区埋深、不同采空区尺寸和不同激发源部位进行了地震波正演模拟，展示了空洞对地震波场影响的Ｓｎａｐｓｈｏｔｓ动态波场图像，揭示了不同地震方法与采空区条件的相关规律，论证了浅层地震采空探测属点源振动与固体散射或绕射的探测机理。