铁矿床滞留采空区充填治理顺序优化方法

结合典型矿山滞留空区现状,采用现场调研与数值分析结合的方法,反演矿山滞留空区形成过程,在分析围岩的力学响应规律的基础上,提出了以采空区围岩应力集中等级和地表变形影响程度为主要评价因素的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法。得出结论：①各水平空区的形成过程中地表沉降变化明显,由开始的局部小面积沉降发展到后期的成片大区域陷落区,空区正上方位移变化最大,沉降值范围12.8~162 cm。②各水平空区围岩以压应力为主,最大值发生在空区边帮位置,暴露面积大的空区围岩出现了拉应力,应为优先处理的对象。③提出的铁矿床滞留采空区治理顺序优化方法,对金属矿山地下滞留采空区的治理、矿柱回收、深部开采方案的制定及安全生产具有重要的指导意义。     

尾砂充填技术在采空区治理中的应用

采空区治理可以有效保障矿山生产安全,保护地表土地资源。针对某铁矿0 m标高以上的历史遗留采空区,运用电磁层析法和高精度磁法探测,采用细粒尾砂胶结充填治理,充填料浆浓度为60%,充填体抗压强度为3 MPa。采空区治理后地表没再发生塌陷,8个月的监测数据显示,水平和竖向最大位移值均为11 mm,地表变形趋于稳定,治理成效显著。     

某银多金属矿采空区综合治理方法

内蒙古某银多金属矿为缓倾斜矿脉,采用浅孔房柱法采矿。经过多年开采,井下形成大面积采空区,空区内遗留部分点柱矿量。为消除空区隐患,矿山进行了采空区综合治理研究。利用FLAC^3D软件,对不同的治理方案和施工顺序进行数值计算模拟,分析治理过程中采空区围岩应力和位移变化,最终确定安全高效的治理方案。根据数值模拟结果,选择隔一充一间隔充填法在空区充填的过程中回收点柱方案,能够在空区治理的过程中有效控制围岩变形、控制地表塌陷、保障施工安全,为类似矿山大型采空区治理提供了参考依据。     

某铁矿采空区的治理及治理效果分析

某铁矿经过长期开采后形成大量采空区,为了避免空区塌落造成严重后果,对该铁矿采空区进行详细探测,将其455中段空区进行数量统计和安全等级划分。制定了"充填法处理空区,隔离封闭法作为辅助方式"的空区治理方案。运用数值模拟方法验证了治理方案的有效性。经过充填治理的采空区,其稳定性达到了预期效果,可消除采空区的隐患,并能够保证矿山后续开采安全进行。     

基于FLAC3D的分级尾砂充填治理采空区的研究

为避免采空区垮落对地表的生产建筑造成危害。根据某铁矿Ⅰ号铜矿带浅部矿体的特点及矿山的生产现状,用分级尾砂高浓度胶结充填的方式进行采空区治理。并利用Fl AC3D软件对采空区充填前后上部围岩的应力、位移变化和塑性区等进行稳定性分析。模拟结果表明,进行分级尾砂胶结充填治理采空区能够有效减少采空区围岩位移量,改善应力重新分布情况,从而维护矿山生产安全。     

基于FLAC~(3D)的分级尾砂充填治理采空区研究

为避免采空区垮落对地表的生产建筑造成危害。根据某铁矿Ⅰ号铜矿带浅部矿体的特点及矿山的生产现状,用分级尾砂高浓度胶结充填的方式进行采空区治理。并利用Fl AC3D软件对采空区充填前后上部围岩的应力、位移变化和塑性区等进行稳定性分析。模拟结果表明,进行分级尾砂胶结充填治理采空区能够有效减少采空区围岩位移量,改善应力重新分布情况,从而维护矿山生产安全。     

黄土沟谷区采空区充填对地表变形规律的影响研究北大核心

为了研究受地形条件影响下不同充填方案对覆岩及地表变形规律的影响,根据芦子沟煤矿采矿及地质条件,应用FLAC^(3D)软件模拟分析了多种考虑地形因素的充填方案数值模型;分析研究了不同充填率、不同充填位置情况下,采空区顶板及地表变形破坏特征,进而得出不同充填方案对采空区的稳固效果。结果表明:随着充填率的提高地表位移值逐渐减小,在充填率在20%~70%之间时,充填效果随充填率的增加提升较明显,总位移最大值与充填率呈近似线性负相关,在充填率小于20%或大于70%时,改变充填率对充填效果的影响较小;间隔式充填能改变地表沉降盆地的形态,在充填量保持一定时,间隔式充填方案地表沉降量更小,充填效果更好;充填沟谷下方采空区比充填山峰下方采空区地表斜坡受采空区影响产生的水平位移更小,斜坡发生失稳的可能性更小。     

充填条件下复杂采空区围岩冒落规律与治理方案研究

复杂大型空区充填治理受限于矿山充填能力,治理现场常表现为“边充边冒”的情形,空区围岩冒落速度较大时,存在冒透地表的可能,对空区安全治理及矿山安全生产极为不利。以唐山某铁矿复杂冒落空区为工程背景,借助三维激光扫描技术对空区形态进行探测,并通过对比前三次探测结果分析了空区的扩展趋势。结合离散元软件3DEC建立复杂数值计算模型,用以演化模拟充填条件下空区围岩冒落过程,掌握空区充填与围岩冒落的时空演化特征,并提出空区分段充填治理方案。结果显示：冒落空区形成初期,边界在纵向与横向上均有扩展,此时空区治理的关键在于及时支撑冒落拱基以限制空区跨度增大,当充填至-210 m水平时,空区横向冒落范围锐减,表明空区充填体有效阻止了空区北侧围岩冒落,可将-210 m水平视为充填临界水平,据此提出的空区分段充填治理方案,可有效保障空区的安全治理和周边矿体的安全开采。     

铁矿床滞留采空区稳定性综合分析模型

建立了将三带理论、岩石移动带理论、有限元理论三者有机结合的铁矿床滞留采空区稳定性分析模型,以河北某矿山为例,对该矿山滞留空区稳定性影响进行了定性、定量分析,取得了较满意的评价效果,验证了稳定性综合分析方法的可行性,同时为矿山进行滞留采空区处理的必要性提供了科学依据。     

基于实测的采空区隐患分析及治理研究

为处理某金矿民采采空区的隐患,运用3D激光探测系统对采空区进行探测,结合建模软件Surpac建立三维可视化模型,得到了空区的体积、暴露面积、围岩垮塌等信息。在此基础上,对采空区隐患进行分析,结合矿山实际情况,提出充填-封闭联合治理方案。建立地压监测系统以验证空区治理效果,地压监测数据显示,空区治理后,围岩的位移趋于平稳,应力减小,表明空区的治理取得预期的效果。     

复杂采空区充填开采对地面建筑的影响研究

矿山地下开采引起的围岩应力变化及地表变形影响着地面建筑物的安全。采用ABAQUS有限元软件对金属矿山充填开采引起的岩体变形及地表移动规律进行了研究。以矿山实际开采现状及实测数据为基础,建立了具有复杂空间结构的三维地层模型,利用子程序SIGINI编程施加地应力,采用修正Mohr-Coulomb模型模拟岩体,计算得出：由于围岩力学强度较高,开采引起顶板下沉量相对较小,充填对于控制底鼓具有一定抑制作用;预留矿柱主要承受较大竖向压应力,矿柱尺寸越小压缩量越大;地表充填站位于采空区边缘位置,水平及竖向位移相对较小,地表变形主要集中在采空区中部位置。研究成果可为矿山安全开采提供依据,为地面监测点的选择提供参考。     

下伏采空区的寓仁隧道残余变形预测研究

寓仁隧道拟穿越太岳煤矿采空区的上覆岩层区域,该区域属于近水平煤层群,各工作面开停采时间较近且距离相近,不同工作面采空区产生的沉降变形共同影响隧道沿线安全,所以准确预测采空区残余变形对隧道的影响是保障隧道建设及使用安全的关键。本文采用变采厚概率积分法对山西省太岳煤矿不同停采时间的多个采空区在2020年后的残余变形量进行预测,并分析了采空区残余变形对寓仁隧道线路的影响。分析结果表明,新建寓仁隧道线路上的潜在的最大地表沉降量为366 mm,沿隧道方向最大残余水平位移为112 mm,垂直隧道方向最大残余水平位移为27 mm,最大残余倾斜变形为1.98 mm/m,最大残余曲率变形为0.033 mm/m2,均出现在隧道起点附近位置;新建寓仁隧道残余沉降量等变形量和工作面停采时间有一定相关性,停采时间越短变形数值越大,因此隧道长期稳定性受2205工作面影响较大;通过分析倾斜和曲率等参数,认为隧道有南北侧向坡度倾斜趋势及轴线受拉开裂或压缩隆起的复合变形。本计算结果可为隧道穿越采空区提供场地变形预测作为参考。     

大型机械化作业下固体废物充填处理超大型采空区

针对超大型采空区传统处理方法具有成本高、技术难度大、安全风险大、效率低等不足，将固废资源利用与采空区处理有机结合，利用固体废弃物对大型采空区进行充填处理，并研究了充填工艺及安全控制方法。以福建龙岩某矿山为例，首先采用Mathews稳定性图解方法对该矿3个超大型采空区的稳定性进行了分析，认为采空区具备了进行大规模机械化充填作业的条件；然后对废弃物充填材料的性质及合理配比进行了试验，得到了建筑垃圾与尾矿砂的最佳配比（体积比）为5∶2；最后应用FLAC3D模拟方法分析了充填后的采空区对下部铁矿开采的影响，开采后顶板位移为5～8 mm、两帮位移为 2～4 mm，变形较小，采空区较稳定，通过对采空区处理费用及消纳建筑垃圾收入的综合分析，所提采空区处理方法的平均成本约9.13 元/m²，远低于其他采空区充填法。研究表明：采用大型机械化作业充填固体废物处理超大型采空区，有助于解决超大型采空区稳定问题，降低采矿成本，提高作业效率，满足非煤矿山超大型采空区处理和固体废物资源利用的实际需要。     

黄土沟谷区浅埋煤层开采斜坡变形破坏机理

为了分析浅埋煤层开采条件下黄土沟谷两侧斜坡的变形破坏机理,基于隆安煤矿深岩沟区域煤层开采地质条件,采用三维数值模拟计算以及理论分析相结合的研究方法,研究了煤层开采后上覆岩土体的应力分布规律、两侧坡体位移分布规律、变形破坏特征以及失稳破坏过程等。结果表明：沟谷两侧斜坡位移以竖直方向为主,水平方向位移均指向采空区中心。斜坡根据变形特征可分为4个变形区：采空区上方一定高度范围内的覆岩冒落塌陷区|采空区中部的松散土体弯曲沉陷区|松散土体弯曲沉陷区和地表移动边界之间的拉裂-倾倒区|地表移动边界之外的未影响区。斜坡的失稳破坏过程可以分为4个阶段：中部沉陷—两侧及后缘拉裂—剪切变形—失稳破坏。研究成果可以为黄土沟谷区域地质灾害评价、采动边坡变形破坏预测以及地表保护提供借鉴。     

充填开采地表移动变形规律数值模拟分析

为了研究充填开采地表移动变形规律,简要介绍了地下开采引起的地表移动和变形5项指标对地表建筑物影响情况,分析了5项指标之间的内在联系和对地表建筑物造成破坏的直接原因,引入了地表“下沉梯度”和“水平移动梯度”的概念,从而对充填开采提出了新的评价指标和要求,在减缓地表下沉量和水平移动量的基础上,需要重点关注对梯度的控制情况。针对新阳矿十采区10203充填开采工作面现场条件建立FLAC3D数值模型,对比分析充填法和垮落法开采的地表移动梯度变化规律。研究表明:充填开采减小了地表下沉量和水平移动量,显著降低了地表下沉梯度和水平移动梯度,地表趋近于均匀下沉和连续变形,能够有效地保证地表建筑物的安全。     

尾砂胶结充填体的强度特性及与开挖矿体的合理匹配

为合理确定在嗣后充填法中一步骤采空区充填体临界强度及固化时间的范围,以某铁矿尾砂为充填骨料,开展了不同配比参数下尾砂胶结充填体坍落度及抗压强度试验。建立了尾砂胶结充填体强度增长规律模型,并量化分析了采空区内充填体临界强度及固化时间的合理范围。结果表明：充填体固化强度随着养护龄期的增加呈指数函数递增趋势,且质量浓度越高的充填体强度增长越快;充填料浆坍落度随着质量浓度的增加基本遵循指数函数下降规律,而灰砂比对充填料浆坍落度的影响与质量浓度的范围有密切的联系;构建了能量匹配系数K值表征充填体与开挖矿体间的关系,获得了K值与充填体强度及固化时间的关系。据此定量分析出该矿山一步骤采空区充填体的临界强度为1.9 MPa,确定了灰砂比1:4、质量浓度66%的充填体,固化时间26 d后,方可进行二步骤矿体回采,比现场回采时间提前2 d。     

矸石充填开采及地表沉陷变形特征研究

矸石充填开采可以降低采空区顶板垮落的可能性,并对地表沉陷变形起到关键控制作用。为了更简便准确的评估矸石充填后的效果,以新元煤矿为工程背景,首先概述了矸石充填设备的选型,考察了充填后的三个工作面的充实率,之后模拟计算了地面沉陷量,并通过现场实测来验证模拟结果。最后结合相关变形指标初步评估了该煤矿矸石充填开采对地表建筑物的影响。结果表明：新元煤矿三个工作面充填开采后的最大充实率为73%,最小则为36%;数值计算的地表沉陷量曲线与实测数据点相匹配,证明了模拟工作的可信度;模拟出来的三个工作面的可能最大地表水平变形值为0.15mm/m,可能最大地表倾斜变形值为0.35mm/m,可能最大地表曲率值为0.0022mm/m²;上述这些变形参数均小于相关的Ⅰ级变形指标,证明了矸石充填开采后对地面建筑物等的影响是非常小的。通过此数值模拟的方法提前对矸石充填开采引起的地表变形进行合理预测与评估是可行的。     

采空区失稳导致的地表塌陷处置措施研究

针对采空区失稳导致的地表塌陷问题,采用Hoek-Brown强度准则确定某矿宏观岩体力学参数,通过FLAC3D 数值模拟研究,圈定出地表移动范围并进行安全监测,提出采用选矿厂全尾砂胶结充填塌陷区域及采空区的处置措施,有效解决地表陷落、采空区存在的安全隐患问题及尾砂排放带来的安全环保问题,实现矿山的绿色开采。     

煤矸石充填技术在明水一号矿的应用与探索

煤矸石作为煤矿开采废弃物,既占用土地资源,又污染生态环境,对煤矸石的综合治理成为矿山企业急需解决的问题。明水一号煤矿积极探索煤矸石充填技术,将采煤过程中产生的矸石在井下直接充填至采空区,一方面减少了煤矿产矸量,提升企业经济效益;另一方面,采空区内通过充填矸石,减少岩层变形空间,在一定程度上防止了顶板垮落或变形,从而控制了煤炭开采后地表原岩的位移和沉降,消除对地质地貌的影响,保护了矿山地质环境,全面实现"节能减排、绿色开采"。