应用CMS实现采空区的精密探测和三维建模

在矿山生产过程中形成了大量采空区，采空区的存在对矿山的生产形成了安全隐患，也严重影响了后续矿体的开采。采空区的实际三维形态和三维空间位置的准确掌握，是进行空区稳定性分析、实施空区安全管理和灾害控制的一项重要基础性工作。应用CMS系统探测采空区具有效率高，探测结果可视化效果好等优点。文章在介绍了采空区探测研究现状、CMS基本原理和使用方法的基础上，对应用三维激光扫描技术对采空区进行建模的方法进行了介绍。     

黄土坡铜锌矿采空区探测及稳定性分析研究

地下采空区的存在是影响矿山生产开采安全的重要因素,传统的空区探测技术已难以满足矿山的探测要求,而三维激光扫描技术因其劳动强度小、探测安全性高等优点已成为地下空区探测的重要方法。以黄土坡铜锌矿采空区探测及稳定性分析为研究对象,在对采空区进行三维激光探测后,运用Dimine软件构建了空区的三维实体模型,并借助FLAC3D软件对其稳定性进行了分析,发现南部采空区上覆岩层呈现出崩落量增大的趋势,而北部采空区则存在发生冲击地压的可能性,因此需要对北部采空区进行空区处理。研究结果对矿山的灾害防治提供了基础数据,且研究方法对其他矿山的空区探测及其稳定性分析具有一定的指导意义。     

三维激光扫描技术在测绘采空区中的应用

安全生产是各大矿山企业的首要目标,而采空区的存在对矿山的生产造成了安全隐患,同时也严重影响后续的矿体开采规划。如何准确掌握采空区资料,科学地揭示井下空区的几何特性及相互的空间关系对矿山安全和生产有着非常重要的意义。然而,空区测量存在人员、设备进入难,精度差、危险高等特点;而三维激光扫描技术恰恰克服了以上困难。以焦家金矿望儿山矿区为例,详细介绍了利用三维激光扫描技术实现矿山未知采空区的轮廓边界及空间定位,从而为进行空区治理及资源回采工作打下坚实的理论基础。     

某矿空场法开采嗣后充填采空区稳定性分析

结合某矿采用分段空场法开采,嗣后全尾砂胶结充填采空区的生产实际,利用FLAC-3D软件建立了三维数值模型并进行数值模拟计算,对充填前后采空区围岩应力、位移进行比较分析,揭示了嗣后全尾砂胶结充填对采空区稳定性的影响机理,对类似矿山采空区治理具有重要的指导意义。     

三维激光扫描技术在矿山测绘的应用研究

矿山开采测绘领域合理运用三维激光扫描技术获取相关数据,可作为矿山生产的参考,从而提高矿山测绘工作质量。本文全面介绍了该技术的优势、工作原理、特点、基本应用流程,具体分析了在矿山测绘领域中关于三维激光扫描技术的应用情况。主要涉及数字化治理采空区、采集与处理数据、统计矿区开挖体积、计算Web点云、进行立体化建模等方面。     

三维激光扫描技术在矿山开采边坡形变监测中的应用

为了安全有效的对矿山开采边坡进行监测,对三维激光扫描技术进行应用研究。结果表明:矿山开采边坡形变对边坡土石方量、坡度、高程等影响较大,将土石方量、坡度、高程作为判断边坡形变的因子,进而分析边坡的稳定性,其应用效果良好,对矿山开采边坡灾害预警及治理具有重要意义。通过两种方法验证了三维激光扫描技术在土石方量计算中的误差,误差率为2.3%,能够满足矿山边坡形变监测误差要求。     

稳定性分析对采空区处理的工程应用指导

根据某矿山采空区的开采现状,利用地质报告中的岩石力学参数,通过Flac-3D软件进行网格划分、数值模拟分析,获得数值模拟分析结果。然后,通过分析数值模拟结果,得到了该矿山地下开采空区围岩稳定性情况,从而指导该矿山采空区的处理方法与建议。对降低矿山采空区的处理成本具有积极的指导意义。     

地下采空区围岩破坏发展的有限元数值分析

利用有限元建立数值分析模型,通过对充填采矿法采矿时的矿体围岩塑性区动态发展变化过程的模拟,预测了地表的潜在变形塌陷以及需要进行重点安全监测的隐患区域和危险范围,为矿山地下采空区分层开采和充填方案的确定提供参考。     

复杂采空区群稳定性数值分析及安全分级评价

采空区已成为影响矿山安全生产的重大隐患。为了准确分析复杂采空区群的稳定性,加强矿山对采空区群的安全管控,基于某矿山采空区群精细探测数据,采用Geomagic、Midas GTS与FLAC3D的耦合建模以及数值模拟分析方法,对复杂采空区群进行稳定性分析;同时,以采空区类型、岩石抗压强度和暴露面积等16项指标建立了复杂采空区群的安全分级评价体系,开展了复杂采空区群安全分级评价。结果表明：大矿体采空区上盘及东南方向顶板存在垮落隐患;五盘区采空区西北方向顶板“跳板状”围岩在残矿回采过程中将发生大幅形变;主采区各采空区相隔的间柱存在较大的应力集中现象。结合采空区安全分级评价结果,提出了各采空区的处理措施建议。研究结果为同类矿山的采空区稳定性分析和安全分级评价提供了借鉴。     

某矿山地表移动及岩层监测稳定性研究

采空区是影响矿山安全生产的重大隐患之一,对采空区的探测和稳定性分析至关重要。本文以某金属矿山为例对其稳定性及上覆岩层变形监测进行分析,采用InSAR技术进行实测,通过FLAC3D数值模拟以及力学分析方法,分析遗留采空区稳定性和地表变形规律。结果表明：InSAR技术监测得到地表形变约为2 mm,地表建筑物形变约为2 mm,围岩二次应力的变化值最大为1.91 MPa。采空区围岩内部监测位移最大值为2.5 mm。采空区数值模拟地表变形分析矿区的地表最大沉降为2.7 mm。监测结果与理论分析及三维数值模拟分析结果基本吻合,整体上围岩内部位移量变化较小,未出现大的地压活动。采场围岩结构稳定性良好,地表沉降量微小,无显著形变,矿区地表及建筑物处于稳定状态。     

大规模采空区治理与关键单体数值模拟研究

采空区地压引发的围岩大面积冒落、岩层移动及地表塌陷问题严重危及着大多数矿山的安全生产,致使原始的采矿环境急剧恶化、矿产资源浪费严重。通过现场调查发现,由于历史的原因,海沟金矿浅部中段存有较大范围的大规模采空区群,且多数采场间柱、顶底柱现阶段均已发生变形破坏,部分采空区之间在水平方向、垂直方向均有相互贯通,对矿山的生产运行形成了极大的威胁。通过对重点区域内采空区稳定性与危害程度进行分析,结合矿山长远发展、区分轻重缓急,提出并制定了采空区关键单体的治理方案,采用FLAC~(3D)数值分析软件对治理方案的岩体力学行为特征进行模拟计算,验证分析其实施方案的有效性和科学性,为采空区治理工作提供必要的技术支撑。     

大新锰矿复杂空区群三维数值模型构建方法及胶结充填治理研究

矿山岩土工程数值分析中研究复杂空区群三维数值模型构建方法对空区治理具有现实意义。为精确分析矿山地下工程围岩移动和应力变化规律,特别是不同采矿方法形成的复杂空区的稳定性和矿柱应力变化,提出了3DMine-Surfer-Rhino-ANSYS-FLAC3D多软件联合建模方法,解决了复杂空区群三维数值模型构建和大数量小尺寸矿房矿柱网格剖分问题。以广西大新锰矿矿体开采为案例,构建了留矿法与房柱法形成的采空区的三维数值模型,模拟分析空区的稳定性和决策胶结充填治理方案。研究结果表明：（1）大新锰矿留矿法开采的空区部分顶柱有垮落风险;（2）房柱法开采的空区部分矿柱变形大,有塑性破坏;（3）对于胶结充填留矿法的空区,隔一充一充填方案治理效果更好,在治理初期地表沉降更小。     

基于多数值模拟方法联合的自然崩落法开采研究

受复杂地质条件影响,自然崩落法因其技术含量高,在实际生产应用前,需开展大量的理论和开采技术研究工作。为实现自然崩落开采技术在矿床开采中的科学有效应用,充分利用多种数值分析软件各自的功能优势,以雪鸡坪铜矿自然崩落法研究为例,利用MIDAS优越的建模功能,建立了复杂力学计算模型,并通过MIDAS和FLAC3D的耦合技术,实现MIDAS到FLAC3D数值计算模型的转换,采用FLAC3D软件对矿区自然崩落法开采崩落范围进行了数值模拟与计算,并采用颗粒流离散元PFC2D软件对放矿过程进行了模拟,分析了多斗均衡放矿方式和放矿步距的合理性,通过多数值分析软件的联合应用,完成了对矿区自然崩落开采工艺的数值计算与放矿过程模拟,对于指导矿山自然崩落采矿工艺的应用具有重要的意义。     

戈塘金矿房柱法开采围岩稳定性分析

戈塘金矿矿体厚度变化较大,地质条件复杂。为科学设计井下采场参数,分析采空区顶板的破坏机理及矿柱的承载机理,指导矿山安全生产,以戈塘金矿为研究对象,设计了采场参数,分析了采场围岩稳定性。通过理论计算,采用房柱法开采时,推荐矿柱尺寸为3 m×3 m,矿房跨度不超过10 m;利用有限元软件Phase2对留设不同宽高比的矿柱时采场围岩的稳定性进行了数值模拟分析。结果显示:矿柱内部出现应力集中,采空区顶底板、岩帮为应力降低区域;随着矿柱宽高比的增大,采空区边界附近的应力水平和位移降低,矿柱内应力集中得到缓解,变形量降低。综合分析认为,矿柱宽高比对采场围岩稳定性有一定影响,保持矿柱宽高比约为0.500,可以较好地维持采场稳定。     

基于CMS实测的露天转地下开采采空区群稳定性分析

针对石人沟铁矿在露天转地下开采过程中形成的大量采空区处理问题,采用先进的三维激光空区探测系统CMS,探测获取了采空区的三维形态和准确的空间坐标数据,借助大型矿床三维建模软件3Dmine建立起三维形态模型,综合运用数值模拟分析软件FLAC3D对采空区(群)进行稳定性分析,为矿柱回采和采空区处理提供了科学依据,为石人沟铁矿露天转地下安全开采提供技术支撑。     

复杂采空区激光多点探测及点云拼接与精简

针对复杂采空区激光探测中存在探测“盲区”和点云数据分布不均的问题,研究激光多点扫描和点云数据拼接与精简方法.通过多点探测避免了单次探测“盲区”,加密了数据稀疏区.提出了基于公共坐标和最小二乘法的靶标矩阵转换方法,实现了多点探测点云的拼接.统计了点云密集区的分布规律;对密集散乱点云,提出了沿y轴方向分层剖分,层内数据以x和z坐标极值分区,区内每点以x值排序后依步长筛选的精简算法.大型贯通采空区验证表明:基于最小二乘法的拼接算法最优,误差范围在0.1 mm左右;数据精简率为15%-25%,确保了边界三维信息的完整性.      

山东望儿山矿区浅部复采对井筒稳定性影响的数值模拟

根据望儿山矿区的工程地质与采矿条件,采用数值模拟的手段对浅部复采引起的岩体移动变形及其对竖井井筒的稳定性进行了研究。通过数值模型计算,指出复采过程中岩体应力场和位移场的变化规律,对充填与不充填开采2种条件下井筒的应力和位移变化进行了讨论。研究表明,地下开采破坏了矿岩原有的应力场平衡状态,地下空区形成后对竖井围岩的主应力场产生了较大的影响,在浅表部最大主应力较低,有些位置甚至为拉应力,容易导致竖井井壁发生破裂,不利于竖井的稳定。在对采空区进行充填后,竖井井壁围岩主应力基本为压应力,连续性好,稳定性得到了大大提高。此外,与不充填时相比,对空区进行充填后,竖井井壁位置的位移量大大减小,可见,空区充填对限制围岩移动,维护竖井的稳定起到了很大的作用,为了保障矿山安全生产,浅部矿体复采实施充填法开采是避免竖井变形破坏的有效措施。     

浅析充填采矿法在湘安钨业的应用实践

湘安钨业自开采以来一直采用全面法进行采矿,在经过近20年的开采后整个矿区留下大面积的采空区。采空区的顶板依靠矿柱维护,随着开采深度的加深,矿体顶板稳固性急剧变差,全面法采矿不仅存在很大的安全隐患,而且浪费大量高品位资源,同时由于顶板垮落造成出矿贫化增大。为了确保生产安全,降低出矿贫化同时提高高品位矿石的回采率,公司决定利用充填采矿法对深部资源进行回采。     

基于蠕变试验的浅埋空区群结构时变力学特性研究

空区结构力学特性随时间发生劣化是导致地表塌陷和空区坍塌的重要因素之一。以古马岭金矿浅埋空区群为研究对象,结合矿岩的压缩蠕变试验获取了围岩蠕变模型,利用数值模拟方法研究了该空区群结构时变力学特性。结果显示：矿岩的蠕变力学特性可用Cvisc模型加以描述;空区群形成后,地表岩体和围岩内部的应力和位移均随时间推移而发生变化,表现出显著的时变力学特性;空区群顶板下沉位移随时间加速增长,且中部采空区顶板位移最大,第5年时已达0.24 m,表明采空区顶板会随着时间发展而逐渐坍塌;矿柱两侧均出现随时间增大的横向变形,表面围岩逐渐片落,导致矿柱不断变窄,可能引起空区群发生大规模破坏;地表围岩形成以空区群中部为中心的塌陷区域,且塌陷深度和范围均随时间加速增长,在第5年时达到0.21 m,需要采取措施进行空区治理。