露天转地下开采覆岩采动响应的坡角影响效应研究

以某矿山露天转地下开采为背景,研究了不同边坡坡角影响下采场上覆岩体的采动响应特征,以揭示覆岩采动响应的坡角影响效应。结果表明,采场内部应力随着矿体开挖推进不断进行重新分布,并持续沿矿层倾向向前方岩体动态转移,在前方形成应力增压区,最终达到新的平衡; 坡高一定时,坡角过大或过小都不利于覆岩的稳定,而是存在一个较为合适的中间值,45°坡角时,采场覆岩比35°和55°模型应力及位移沉降更小,但塑性区发育不及35°及55°模型充分。建议露天开采完后对边坡进行削坡处理,以控制边坡角度45°,然后再转入地下开采。     

基于Matlab的煤与瓦斯突出过程气压可视化研究

为了实现煤与瓦斯突出过程中气压可视化分析,利用自主研发的多场耦合煤矿动力灾害大型模拟试验系统开展了煤与瓦斯突出物理模拟试验研究,同时编写Matlab数据可视化程序,得到突出过程中断面内轴线及断面气压时空分布形态,分析结果如下:突出发生后,靠近突出口附近煤体内气压最先开始下降,远处煤体内气压下降时间依次滞后;不同断面内横纵轴线气压随着突出的发展均呈现对称分布,且突出口中轴线位置对应气压下降速率快于两侧气压下降速率;断面内气压近似呈漏斗状分布,对应投影气压云图呈圆环形分布,在一定程度上验证了突出的"球壳失稳"假说。     

不同形态下红砂岩力学特性和裂纹断裂特征研究

为探究不同形态下红砂岩的力学特性变化以及裂纹断裂形态的发展,改变红砂岩的含水率以及预制不同倾角的裂隙,在单轴压缩条件下研究其抗压强度的变化,同时通过图像处理对产生的裂纹进行量化分析,研究不同含水率、不同裂隙倾角、不同裂隙长度情况下试件的裂纹发展特征以及破坏形态。研究表明：单轴压缩下含水率的增加使红砂岩试件抗压强度降低,裂纹形态变复杂;预制裂隙倾角为0时,试件出现了不同于其他裂纹倾角下的特殊裂纹发展形态,裂纹倾角为45°的试件,其抗压强度最低,产生的分支裂纹较少;试件预制裂隙长度越长,其抗压强度越低,裂纹率和崩坏面积系数越小,裂纹增长速率增大。试验所得结论较为全面地记录了不同形态下红砂岩的裂纹发展变化,对红砂岩裂纹发展的进一步研究提供了依据。     

煤与瓦斯突出脉动式发展过程的试验研究

为进一步认识煤与瓦斯突出发展机理,开展了不同应力集中系数条件下的煤与瓦斯突出物理模拟试验,并监测了突出过程两相流冲击力、突出孔洞内气压及煤体声发射信号.结果表明:突出发展过程存在主要脉动及伴生脉动现象,单次突出过程前者会发生5~6次,每一主要脉动后又会发生2~3次伴生脉动现象.随突出发展进程增加,各主要脉动阶段内的气压变化量和冲击力均值呈减小趋势,煤体声发射累计能量则在减小后有所回升,回升量最大可达60%左右.试验中,瓦斯突出的发展过程始终伴随了煤体的粉化破坏和层裂破坏,前者持续发生,后者具有间歇性.     

不同降雨工况下尾矿库溃坝模型试验及潜在经济损失评估研究

采用尾矿库降雨溃坝试验装置,以赣南某尾矿库为原型,对不同降雨工况下(50, 70, 90, 110 mm/h)尾矿库溃坝过程、溃口发展、淹没范围和转运距离、下泄尾砂沉积规律和溃坝影响范围潜在经济损失评估进行尾矿库溃坝模型试验。结果表明：随着降雨强度增加,相同时间阶段坝体的破坏越严重,但对坝体破坏规律的影响并不显著;4组试验中坝体溃口总体呈“喇叭”状发展变化,最终溃口的宽度、深度随降雨强度的增加不断增大,在不同阶段表现出不同特点;溃坝后尾砂流淹没范围随单位时间变化大致分为3阶段,淹没范围、转运距离随不同降雨工况而改变;溃坝尾砂粒径在模型下游的沉积表现出随转运距离的增加而递减,在距模型坝址120 cm处粒径出现较大变化,破坏过程中坝体细颗粒流失对坝体稳定性产生不利影响;通过损失风险评估得出若发生最大降雨工况的溃坝,事故后果严重性等级为“极重度”,该地区经济损失风险β值为1.21%,事故严重影响该地区社会经济。研究成果为尾矿库在降雨情况下的灾害防控提供参考。     

不同倾角矿体地下开采采场覆岩破坏失稳研究

地下采场围岩及覆岩稳定性是影响矿山安全生产的主要因素之一。为探索地下开采过程中不同倾角矿体采场覆岩的破坏失稳特征,采用PFC2D软件建立倾角20°和50°矿体模型,模拟分析开采过程中采场覆岩的内部应力变化和裂隙扩展规律,并与相似模型进行对比,结果表明:(1)两种矿体模型在分步开挖过程中,开采空间较小时,覆岩均会经历卸荷-回升-波动-稳定4个阶段,但倾角越小,离采场相同距离覆岩处内部应力稳定时间越长,越容易发生二次卸荷;(2)开采空间较小时,对应顶板围岩和邻近覆岩产生少量微裂隙,且裂隙扩展呈拱形,有贯通采场上端和下端的趋势。多步回采之后,各采场围岩及覆岩之间的裂隙相互贯通,并逐步向地表扩展,并导致采场失稳;(3)矿体模型倾角越小,覆岩受拉区域越大,受拉作用也更明显,导致更多裂隙的产生,裂隙的扩展速率越快,贯通也越快,倾角20°模型开采对围岩及覆岩的稳定性影响更大。该研究结果可为地下开采过程中矿山开采地压控制、采场失稳和采空区塌陷等技术难题提供理论参考。     

不同含水率条件下煤与瓦斯突出的声发射特性

采用自主研发的大型煤与瓦斯突出物理模拟试验台和美国物理声学公司PAC(physical acoustic corporation)生产的PCI-2声发射测试分析系统进行了不同含水率条件下煤与瓦斯突出物理模拟试验,对突出过程中的声发射特性进行了分析。结果表明：在瓦斯压力相同的条件下,突出过程产生的声发射事件计数率和累计计数随含水率的升高而降低,且瓦斯压力较低时,声发射事件对煤体含水率变化更为敏感;在瓦斯压力相同的条件下,突出过程声发射事件能量率和累计能量均随含水率的升高而降低;在瓦斯压力相同的条件下,突出过程声发射事件的最大幅值、高幅值事件的计数率等都随含水率的升高而降低,且声发射事件计数的集中区域有从大幅值向小幅值转移的趋势;在含水率相同的条件下,突出过程高能量、高幅值的声发射事件总数随瓦斯压力升高而增大。     

FLAC3D数值模拟露天转地下边坡及采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床为研究对象,基于Auto CAD-ANSYS-FLAC^3D等软件进行耦合建模,分别建立200 m和300 m不同开采深度的单一地下开采模型和在露天终了边坡为45°倾角时露天转地下开采模型,并展开了数值模拟试验。研究表明:当边坡高度为200 m时,整个露天转地下开采过程中边坡岩体及采场覆岩整体稳定;边坡高度为300 m时,边坡侧塑性区出现贯通,边坡岩体将发生弯曲下沉破坏。综合经济和安全性考虑,建议控制露天边坡高度在200 m以内。相关研究结果可对磷矿山地下开采工程提供一定的技术参考价值。