普朗铜矿大规模开采关键技术应用研究

普朗铜矿矿石品位低、矿体厚大、矿岩易崩落、地表容许塌陷,是自然崩落法采矿的理想目标。为了保证自然崩落法的成功应用,普朗铜矿组织开展了一系列井下大规模开采关键技术研究,主要包括矿床开采技术条件、矿体可崩性与崩落矿石块度预测、高中段大面积放矿控制技术、底部结构巷道稳定性和支护技术研究等,为应用自然崩落法开采打下了基础。     

分段卸压与让压崩落法在谦比希铜矿的应用

针对谦比希铜矿主矿体矿床条件,以地压显现规律、岩体冒落规律与散体流动规律适应性理论为指导,开展了分段卸压、让压崩落法试验研究,通过现场多次试验,成功系统地研发了适应该矿高效采矿方法与破碎矿岩巷道掘支技术,形成了包括分段卸压崩落法、分段卸压与让压组合崩落法、导流放矿技术、分流出矿崩落法以及破碎矿岩巷道稳固技术等完整的新型分段崩落法工艺技术体系,为国内同类金属矿山难采矿体以及深部高应力矿体的高效安全开采提供一条有效的技术途径.     

矿块崩落法放矿规律模型研究

长沙矿山研究院和中条山有色金属公司合作,历时三年,对铜矿峪矿5号矿体进行了矿岩物理力学性质测定、单漏斗放矿模型实验、最优放矿控制计算机数值模拟、铜矿峪矿矿块崩落法放矿模型实验,侧重研究了放矿过程中矿岩的移动规律。铜矿峪矿的矿床属斑岩型铜矿,有多个     

崩落矿岩散体本构关系研究

针对崩落矿岩散体的结构特征,从影响崩落矿岩散体物理力学性质的组构特征出发,利用统计理论、散体力学理论对崩落矿岩散体的物理力学性质进行研究.从崩落矿岩散体的微观结构出发,建立了崩落矿岩散体的刚性接触模型,将颗粒间的接触力同局部应力联系起来,建立了崩落矿岩散体的局部本构模型.以崩落矿岩散体局部本构关系为基础,建立了崩落矿岩散体的二维、三维本构模型,揭示了放矿过程中崩落矿岩散体的强度与流动本质.     

倾斜厚矿体两步骤空场回采嗣后崩落空区处理方案优选

某大型岩金矿山倾斜厚矿体采用两步骤空场回采嗣后崩落采矿方案,一步骤采场中深孔回采完毕后,针对二步骤采场盘区分段扇形中深孔侧向崩矿嗣后放顶,提出了中深孔放顶、硐室条状药包放顶、小井药室放顶3种强制放顶方案,通过对各方案回采工艺优缺点及技术经济合理性比选,确定小井药室放顶采空区处理方案最优,为同类矿山的采空区处理提供参考。     

缓倾斜厚矿体采矿方法改进

所研究矿体为缓倾斜不稳固厚矿体,采用柔性假顶有底柱分段崩落法对P42~P46线矿体进行回采,在一定程度上解决了安全性差、矿石回收率低、贫化率高等问题。但要求多分段平行放矿,放矿管理难度大,且放矿高度下降到一定程度后,柔性假顶将破裂,会有部分红泥层混入矿石;需要采用切顶铺设钢筋柔性假顶,工艺复杂,采切工程量大,周期长,采矿成本高。针对这些问题,进行了工业试验。试验了分段空场法、崩落联合采矿方法在该矿体回采中的采场结构、矿块布置、回采工艺等参数。试验结果表明,该采矿方法能有效地解决放矿管理难度大、采矿成本高等问题。     

崩落矿岩移动概率方程及其应用

本文用概率论方法研究崩落矿岩移动规律。首先按理想球体模型结合实验建立崩落矿岩移动概率方程,并论述了方程中各参数的物理意义及其测定方法;其次应用该方程作为放矿计算机仿真的数学模型,改进了仿真方法;最后应用改进后的仿真方法,研究了急倾斜中厚矿体分段留矿崩落法、缓倾斜厚煤层综放采煤法采场结构参数与回收指标的关系,给出了用于优化参数的回归方程。     

缓倾斜厚矿体无底柱分段崩落法放顶方式探讨

武钢程潮铁矿西区一期建设工程主要开采Ⅲ＃矿体,由于矿体围岩稳固,难于自然冒落,生产中存在着合理放顶保证生产安全的问题,为此,从主放顶层水平、覆盖怪构成,可比基建工程规模、投资和工期,施工管理等几个方面对缓倾斜厚矿体无底柱分段崩落采矿法放顶问题进行了探讨,推荐了技术经济合理,管理有效的放顶方案,该方案已在生产中实施。     

不稳固矿体端部放矿的分段崩落法工艺

端部放矿的分段崩落法是效率最高的地下采矿方法之一,适用于分段巷道不需支护的稳固矿体。但是,在一定的条件下,开采不稳固矿体时,该方法也完全具有竞争能力。在开采不稳固矿体时,端部放矿分段崩落法的特点是必须支护分段巷道,落矿前不能钻凿较多的扇形孔。因为,由于矿体不太稳定和爆破地震效应,可能破坏备用孔。其它的不利因素是在某种情况下需依赖矿井总负压给回采工作面通风。     

黄山铜镍矿中厚极破碎矿体自然崩落采矿法研究

新疆黄山西铜镍矿600 m以上中厚矿体极破碎,根据该矿体的赋存条件以及矿岩的物理力学参数等,采用自然崩落法进行了回采试验,试验取得圆满成功,并获得了良好的经济效益。现场试验表明,自然崩落法非常适用于黄山铜镍矿32#、34#矿体的开采,可在该矿类似矿体进行了推广应用。     

综放工作面煤柱巷道软岩底板非对称底臌机理与控制

针对综放工作面煤柱巷道非对称底臌剧烈、支护维护困难、起底工程量大等难题,以大南湖一矿综放工作面煤柱巷道为工程背景,采用理论分析、数值模拟、现场试验等综合研究方法,分析了煤柱巷道围岩周边应力环境特征及其作用下的变形破坏形态。结果表明:煤柱巷道底板强度低下以及在采动影响下围岩应力环境出现非均匀现象,进而导致巷道底板塑性区出现非均匀分布,是造成非对称底臌的内在原因;底臌变形规律监测结果显示,非对称底臌程度与放煤厚度有内在联系,放煤厚度在5.9 m范围内,放煤厚度越大,基本顶岩层破断偏转角度亦越大,巷道围岩周边主应力比值、主应力旋转角度等参数越大,底板塑性破坏引起的非对称底臌变形越剧烈;底板最大塑性破坏深度位置随着主应力方向旋转角度的增加,逐渐向巷道中部位置移动,导致底臌变形最大位置分布不同,同时,煤柱巷道的这种底臌变形可控性较差,现有技术条件下企图采用高强支护是不可行的,控制上应以适应底臌变形为主;然而,当放煤厚度超过5. 9 m,基本顶岩层有沿煤柱边缘失稳切落的可能,巷道围岩应力环境趋于原岩应力状态,巷道围岩塑性区分布范围大幅降低,底臌变形较小。据此,以巷道非对称底臌规律为依据,提出了以调整采掘关系、优化巷道底臌硬化方案为主的底臌控制对策,现场应用效果良好,底臌变形量有效减少的同时,巷道底臌处理工作量亦大幅降低。     

综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制

通过分析综放工作面过空巷时支架－围岩稳定性控制的技术难点,提出在过空巷合理的时空节点上实施停采等压、强力锚杆索支护、注浆固结修复和支架支撑力保障的综合控制技术,并阐述了相应的控制机理。建立了综放工作面过空巷时基本顶破断的结构模型,分析得出过空巷时长关键块条件下的支架临界工作阻力;采用数值模拟方法分析综放工作面过空巷时采动影响下围岩应力分布、变形与破坏特征,确定综合控制技术实施的时空节点与相关参数,进而结合现场地质生产条件与矿压规律确定相应技术方案,并进行现场应用。现场实践表明,采用综合控制技术后,未发生大范围冒顶、支架压架等恶性支架－围岩事故,解决了9102综放工作面过空巷的相关技术难题。     

程潮铁矿充填体下部崩落采场稳定性分析

程潮铁矿西区计划将矿柱回收采场由充填法转为崩落法开采,原充填采场结构复杂,造成其下方围岩应力分布不均,不利于开挖采准巷道的稳定性,故需对巷道开挖前后的围岩应力分布特征进行研究。采用室内相似模拟试验和数值模拟相结合的方法,分析了采准巷道开挖前后的围岩应力分布规律及巷道稳定性。研究表明：①由于原充填采场矿房矿柱采用间隔布置形式,导致其下方围岩应力分布紊乱,采准巷道开挖后局部存在拉应力,且应力集中现象明显;②充填采场下方围岩压应力达到崩落体下方的2倍,巷道开挖面临较高且不均匀的应力分布环境,可采取锚杆联系链技术进行支护,目前该支护方法在现场试验中已达到预期效果。研究结果对于程潮铁矿下一步开拓工程施工有一定的指导意义。     

综放回采巷道支护形式选择的距离判别分析方法及应用

选择支护形式是综放回采巷道支护设计的重要内容。根据综放回采巷道的围岩特征, 以围岩强度、煤层强度、巷道埋深、围岩节理裂隙发育程度、采动影响系数、顶煤厚度、护巷煤柱宽度和断面面积作为支护形式选择的指标, 借鉴距离判别分析理论, 建立了综放回采巷道支护形式选择的距离判别分析模型。应用表明: 距离判别分析模型选择能力强, 识别精度高, 是综放回采巷道支护形式选择的一种有效方法。该方法对综放回采巷道围岩道稳定性分类及支护方案选择等具有重要意义。     

深部采动巷道顶板稳定性分析与控制

深部采动巷道冒顶事故是当前煤炭资源开采中面临的重大难题。基于深部采动巷道围岩应力环境,分析了双向非等压条件下巷道围岩塑性区形成的力学机制及其形态特征,并对顶板稳定性影响因素进行了探讨。结果表明:1深部采动巷道围岩双向压力比值λ(0λ1)较小时,围岩塑性区形态不再是圆形和类椭圆形,而呈现出蝶形分布的特征,当碟叶位于巷道顶板上方时,容易发生冒顶;2采动应力方向决定围岩最大破坏深度的位置,并控制潜在冒落区的范围,当围岩最大破坏深度与潜在冒落高度相同时,顶板稳定性最差。要保持顶板围岩稳定,支护体必须要有足够的长度和延伸性能,据此,提出了可接长锚杆支护技术,现场试验结果表明,可接长锚杆较好地适应了顶板围岩的剧烈下沉,取得了良好的支护效果。     

综放工作面沿空巷道围岩破断机理及支护技术研究

针对综放工作面沿空巷道超前段变形严重、支护困难的问题，理论分析了综放沿空巷道上覆岩层断裂结构模式，结合段王煤矿090510工作面的地质条件，确定了沿空轨道巷合理的掘巷位置|采用数值模拟对090510轨道巷在采动作用下的塑性区分布以及应力分布情况进行了分析，得到了轨道巷在回采过程中超前段的主要破坏特征，并探讨了巷道围岩变形机理|提出利用补强机理，采用补打锚索结合超前液压支架对超前段加强巷内支护的方案。现场实践表明：超前段围岩变形较小，有利于实现高产高效且保障了工作面安全生产，为综放工作面超前支护技术提供了示范和参考。     

复合顶板软弱岩层外错式相邻区段巷道联合支护技术研究

为解决传统巷道布置条件下复合顶板软弱岩层沿空巷道存在顶板易变形、易失稳、易冒落，无法长久维持巷道围岩稳定性等一系列难题，本文基于错层位外错式巷道布置方式，利用相邻区段间巷道空间化结构关系，提出综放复合顶板错层位外错式相邻区段巷道联合支护技术，理论分析该支护技术的围岩控制作用机理，采用FLAC3D数值模拟软件对错层位外错式巷道布置条件下相邻区段巷道联合支护方案进行研究并与传统巷道布置下常规支护方案进行对比。模拟结果表明：采用“错层位外错式巷道布置+相邻区段间巷道联合支护技术”为核心的综合围岩控制措施，可加强易离层垮落顶板的支护强度，使围岩应力在联合支护的作用下趋于均衡，从而最大限度地发挥支护体系的支撑作用，达到巷道稳定的目的。     

综放开采沿空留巷围岩变形特征

为研究综放开采沿空留巷围岩变形特征,以山西铺龙湾煤业有限公司4102综放工作面为工程背景,从理论层面分析了沿空留巷围岩大变形机理,发现4102综放工作面沿空留巷围岩发生大变形主要原因是基本顶关键块体断裂回转使留巷位置由低值应力区变为高值应力区,在此基础上采用FLAC3D软件对沿空留巷围岩应力分布规律及变形特征进行分析。结果表明在支护初期巷旁支护体垂直应力为1.5 MPa,巷道围岩水平位移极小,当基本顶发生断裂后,巷旁支护体垂直应力增加,最大达3.22 MPa,此时的变形速率也达到最大,随着上覆岩层触矸,巷道围岩垂直应力及两帮变形速率也逐渐稳定。     

王家岭矿综放沿空掘巷合理煤柱宽度与控制技术研究

针对高强度开采综放工作面区段煤柱合理宽度留设问题,以王家岭煤矿为工程背景,通过钻孔窥视勘探基本顶断裂线位置阐明了巷道围岩的非对称破坏特征;建立了综放工作面侧向基本顶破断结构模型,推导出了沿空侧巷道顶板范围内弯矩表达式;采用FLAC3D数值模拟软件分析了不同煤柱宽度下巷道围岩应力与屈服区演化特征,确定了合理煤柱宽度为8 m;基于N2103回风平巷留设8 m护巷煤柱时顶板弯矩变化规律,提出了巷道围岩的非对称控制技术,并进行现场应用。结果表明：顶板、煤柱帮和实体煤帮位移量在工作面回采期间分别为216 mm、198mm和121 mm,巷道控制效果明显。     

综采放顶煤巷道围岩稳定性的研究

分析了综采放顶煤回采巷道为全煤巷道,并且所受应力复杂,阐述了对该巷道围岩稳定性研究的重要意义.