废弃露天坑下复杂隐伏空区群综合探测及数字化建模

采用尾砂充填露天坑能够实现废弃露天坑地质灾害治理与尾矿综合利用的双重目的。针对废弃露天坑下隐伏空区群对露天转地下隔离矿柱安全稳定性影响大的问题，提出了废弃露天坑下复杂隐伏空区群综合探测及数字化建模技术。以大冶大红山矿为例，采用等值反磁通瞬变电磁法和微动地震法等综合物探方法，结合采空区现场调查成果，综合推断圈定了隐伏采空区20个，并通过布置钻孔验证了结果的准确性；采用GOCAD软件构建了露天坑地表与采空区综合地质体数字化模型，展现了采空区群空间赋存特性，测算出采空区体积共计55 350.64 m³,为露天坑隐伏空区群安全隐患治理与隔离矿柱的稳定性分析提供了支撑。     

废弃露天坑充填治理技术研究

针对某露天转地下开采矿山面临的地下防洪和尾矿库库容不足的问题,以综合利用废弃露天坑与有效治理相结合为原则,提出利用全尾砂胶结充填已形成的露天采坑的技术方案,并通过采用FLAC 3D有限差分数值模拟软件,分析了露天坑治理与地下开采的相互影响,提出露天坑治理的工程技术措施。该技术方案的应用可为类似工程提供参考。     

露天转地下生产矿山露天坑治理稳定性分析

目前国内露天转地下生产矿山,大中型露天矿采场闭坑后改建为尾矿库之后作为尾砂的堆存场地,是露天转地下生产矿山露天坑综合利用有效方法。基于Geo Studio对露天转地下生产矿山露天坑治理稳定性进行分析,实现了矿山尾砂胶结堆排到露天转地下生产矿山露天坑,解决了地表回填露天坑和土地复垦的问题,提高企业经济效益和环境效益,为建立绿色矿山,树立企业社会形象。     

铜绿山矿露天坑尾砂胶结充填配比试验研究

针对露天坑亟需充填治理和尾矿库容积匮乏的问题,铜绿山矿计划采用全尾砂胶结充填露天坑的解决方案。为满足露天坑充填强度要求,在引入新型胶结充填材料的基础上,开展了粗颗粒尾砂和细粒级尾砂的充填配比试验研究。尾砂粒级分析表明,铜绿山矿现阶段尾砂粒度较细,使用砂仓尾砂和砂仓溢流水底流极细尾砂进行了多种浓度和灰砂比的充填强度交叉试验,重点研究了底流极细尾砂高浓度低灰砂比和低浓度高灰砂比2种情况下新型胶凝料的固化效果。结果表明,料浆浓度对充填强度影响更显著。基于成本控制和技术可行性,极细尾砂充填推荐高浓度低灰砂比方案:浓度66%,灰砂比1∶15,充填体强度满足充填要求。     

非煤矿山重大安全隐患整体解决方案研究

针对我国非煤矿山重大隐患-采空区及尾矿库,提出了塌陷区尾砂干式堆放、露天坑尾砂堆放、尾砂充填采空区技术等整体解决方案的技术措施,把重大安全隐患治理与矿山固体废弃物处置结合起来,实现以废治患、矿区和谐发展。     

某矿措施井多分段复杂采空区充填治理实践

充填法治理空区是一种科学合理、安全可靠的方法。针对石人沟铁矿措施井采矿区域庞大的采空区群,本着技术可行、经济合理、尽早消除采空区安全隐患的目的,确定了纵向分段、横向分区的整体封堵充填方案。根据采空区赋存情况,通过实施青砖挡墙砌筑、滤水管挂设、充填管路延伸、充填钻孔钻凿、充填料浆制备等一系列工程措施,完成了采空区全尾砂胶结充填治理工作,彻底消除了措施井采空区群的安全隐患,为矿山露天边帮的稳定及三期工程井下采矿的顺利进行奠定了良好的安全基础。     

半水磷石膏充填材料在某露天采坑充填治理中的应用

随着磷石膏堆存量大、利用率低等问题日益突出,磷石膏作为充填物料应用于矿山充填已成为近几年磷化工行业研究的热点。针对当前露天坑治理物料匮乏,存在失稳现象等问题,提出采用改性半水磷石膏作为胶凝剂,添加固废物料,制备成半水磷石膏基膏体,对贵州某露天坑进行充填治理,详细介绍了半水磷石膏基膏体的制备原理及露天坑充填治理工艺。实践应用表明,半水磷石膏充填体的3 d强度大于0.5 MPa,满足设计强度0.3 MPa的要求,而且泌出水离子浓度满足国家污水排放Ⅰ级标准,同时泌出水汇集到收集池后循环利用,符合国家倡导的绿色矿山要求。磷石膏资源化利用与露天坑充填治理相结合,不仅可以解决磷石膏堆存问题,而且可以为露天坑治理提供充足的充填材料。随着半水磷石膏充填技术的不断发展与成熟,"矿化一体"的新型循环经济将为矿山与磷化工企业提供新的发展方向。     

甘肃某铅锌矿尾砂胶结充填试验研究

甘肃某铅锌矿建矿已有30多年,矿山现有尾矿库即将达到服务年限,矿山在不建新尾矿库的情况下,为新产生的尾砂寻找经济合理、安全环保的处置方式。经过多年开采,井下已存在大量采空区,矿山拟采用全尾砂充填采空区的方式解决尾砂堆存问题,同时对采空区进行治理。在保证尾砂输送至采空区后能正常胶结的前提下,寻求最经济的灰砂比,本文分别以水泥和新型胶结材料作为胶凝材料进行试验,确定最优的尾砂浓度、灰砂比和胶凝材料。通过试验,在满足充填体正常胶结的情况下,选用新型胶结材料作为胶凝材料所需要的灰砂比更小,充填成本更低,从而为矿山提供更经济、安全的充填方案,为矿山解决尾矿处置找到了更经济、安全环保的方式。     

某铁矿全尾砂充填体强度特性试验研究

针对某铁矿滞留大量采空区的工程地质条件,为避免出现大面积坍塌灾害事故,对空区进行了充填处理。通过正交试验和直观分析法研究了胶结充填体抗压强度与各影响因素之间的关系,结合统计软件进行多元非线性回归获得了全尾砂胶结充填体不同龄期强度与灰砂比、料浆浓度的回归方程,依据模糊数学对不同条件因素的尾砂胶结充填体进行综合评判,确定了矿山在充填采空区时优先选用灰砂比1∶8、料浆质量浓度75%的配比方案。     

铁矿床滞留采空区充填治理效果分析

基于有限元理论,提出了以滞留空区充填体安全评价和地表变形控制为主要考虑因素的铁矿床滞留采空区治理效果分析方法。并以典型矿山为例,在分析滞留采空区充填后充填体位移和应力场规律分析的基础上,运用Mohr-Coulomb准则对充填体敏感点进行了安全系数计算,并采用对比法分析了采场开挖不充填和充填2种方案的地表变形控制效果,综合分析了该铁矿床滞留采空区充填治理效果。取得如下结论：充填体垂直方向位移变化值为水平位移的5倍,整体处于受压状态,应力值小于充填体抗压强度;各水平充填体敏感区域的安全系数在5左右,满足要求;采用充填治理后地表变形值降低至50%,充填效果显著;建立的滞留采空区治理效果分析模型,在保证保证充填体强度和接顶率的前提下,对空区充填治理方案实施和类似矿山治理具有指导意义。     

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。     

露天转地下开采充填体变形参数对边坡稳定性影响研究

以舞阳铁矿铁古坑采区露天转地下首中段开采为例,运用力学理论分析充填体变形参数对露天边坡稳定性的影响,并根据该矿充填体变形参数取值范围设计相应的数值模拟方案,采用有限元局部强度折减法计算各方案下边坡安全系数,分析充填体变形参数与露天边坡稳定性的关系,结果表明,随着充填体弹性模量或泊松比提高,露天边坡稳定性安全系数逐渐增大,充填体的弹性模量与泊松比取值共同影响露天边坡稳定性;确定了满足露天转地下开采边坡稳定的充填体变形参数范围,并确定灰砂比1∶8及以上配比的充填体可满足矿山安全生产的要求。工程中可以采用弹性模量与泊松比较高的充填体进行充填,降低地下开采对边坡稳定性影响,保障矿山露天转地下的安全生产。     

金属矿露天坑与地下空区尾矿协同充填清洁生产

针对露天坑和地下空区诱发地质灾害、尾矿库存在溃坝风险和破坏区域环境等问题，以金属矿露天转地下开采矿山工程为研究对象，结合阶段空场嗣后充填法开采，发明了不均匀尾矿充填体制作与取样装 置，基于流体弗劳德准则，结合现场原位取样力学试验，提出了考虑尾矿充填强度不均匀特性的强度计算方法；基于测量学与系统工程理论，提出了露天坑与地下空区三维信息提取和尾矿协同充填与排水技术；运用 流体力学和有限元理论构建了一次充填高度和挡墙构筑位置参数优化三维模型，形成了高效—材料再用—低成本轻型挡墙尾矿充填封闭技术。研究成果在石人沟铁矿得到应用，建成了原矿200万t/a的铁矿床露天转地 下开采尾矿充填清洁技术工程示范，取得的主要技术指标为尾矿综合利用率达到100%、嗣后充填成本25元/t、挡墙构筑效率0.016道/(人·时)、构筑成本606元/m2。突破了露天坑与地下空区尾矿协同充填技术瓶颈， 完善了矿山尾矿处置理论与技术，实现了尾矿零排放，消除了露天坑与地下空区安全隐患，推动了冶金矿山生态文明建设，加快了资源绿色开采进程。     

长距离管道输送砂浆治理矿山废弃露天坑及塌陷区综合技术研究

以厂坝铅锌矿地表存在的露天采坑及塌陷区为研究对象,露天坑以 1 298 m 水平(封闭圈)为界,分为Ⅰ 期、Ⅱ期治理工程。 采用矿业软件 Dimine 对露天坑体积进行了估算,在综合分析国内外露天坑治理现状的基础上同 时结合矿山实际情况,提出了采用全尾砂胶结充填治理厂坝铅锌矿存在的露天采坑及塌陷区的合理方案,并制定了 治理过程中的安全控制措施。 对确定的全尾砂胶结充填材料进行了充填试验,确定Ⅰ期治理工程充填砂浆浓度为 69%、灰砂比 1 ∶20;Ⅱ期治理工程充填砂浆浓度为 69%、灰砂比 1 ∶15。 采用数值分析,就Ⅰ期治理工程对井下采矿的 影响、Ⅱ期治理工程充填体形成的边坡的稳定性进行了分析研究。 研究方案实施后,既解决了露天坑及塌陷区对生 态环境的破坏问题,同时将废弃露天坑进行技术改造,使其变废为宝,为企业增加经济效益,同时降低了潜在的安全 风险。     

基于RG井下电视系统的空区冒落监测

排山楼金矿露天转地下后,采用有底柱空场法开采露天境界外矿体,形成了大规模的连续采空区,对地表及井下安全生产埋下安全隐患。RG井下电视系统的空区顶板钻孔监测表明,空区顶板存在3~4段稳定性较好的岩层可作为冒落的控制层,利用钻孔冒落断面形状和350 m平硐观测冒落状况推测空区顶板冒落线形状,并根据冒落线形状提出了留设"L"型安全维稳矿柱、协调矿石回采和充填作业、爆破参数控制和调整排尾砂方向等维护顶板稳固性的技术措施,收到了较好的效果,也为从空区冒落投影线边缘向空区内部逐步渐进的充填处理技术的提出提供了依据。     

某矿采空区胶结充填方案研究

针对某露天转地下矿采空区复杂的工程地质条件,利用正交试验对采空区以及露天采坑充填方案进行设计,通过对各充填方案稳定性分析以及经济比较,给出了采空区以及露天采坑最终充填方案,探明了充填方案对三期开采的影响,对复杂工程地质条件下的采空区胶结充填具有指导性的作用。     

玄武岩纤维尾砂充填体力学性能及损伤本构模型研究

为了提高采空区充填体的力学性能，对加入玄武岩纤维的尾砂充填体进行抗压强度试验，研究不同纤维掺量、灰砂比和养护龄期对充填体的抗压强度影响规律，构建充填体损伤本构模型并分析其能量耗散规律。研究结果表明：玄武岩纤维的加入能够明显提高尾砂充填体的抗压强度，随着纤维掺量的增加，充填体的抗压强度呈先增大后减小的趋势，且最优掺量为0.4%，对比素尾砂充填体强度提升了13.277%~24.865%。纤维充填体峰后残余强度较高，引入损伤修正系数的损伤本构模型能合理表述纤维充填体峰后残余强度，根据损伤本构模型可得到充填体的峰值比能演算模型，适量掺加纤维可以提升充填体的峰值比能并减少能量耗散。玄武岩纤维能提高充填体的力学性能，强化矿山采空区充填效果。     

程家沟铁矿露天坑排尾后地下采场稳定性机理研究

针对程家沟铁矿露天转地下开采后尾矿库容积不足的现实问题,提出利用废弃的露天坑排放尾矿的技术方案,并结合矿山的实际情况,提出了露天坑的排尾方式和排弃区段。在此基础上,采用ANSYS三维有限元数值模拟方法,对排尾后的地下采场稳定性进行了模拟研究,分析了露天坑排尾后地下采场的稳定性机理,并针对可能出现的问题提出了具体的工程控制措施。     

深凹露天矿转地下过渡期挂帮矿安全高效开采方法研究

露天矿在回采末期由露天转向地下开采过程中通常会面临减产过渡的问题,矿山一般会在此期间回采挂帮矿以补充产能,传统的挂帮矿回采方法存在安全性差、效率低及产能低等一系列问题,难以从根本上扭转减产过渡的困境。以某深凹露天矿转地下开采为工程背景,在综合分析挂帮矿分布位置、开采条件及矿岩特性的基础上,提出在过渡期利用诱导冒落法率先回采该矿南帮挂帮矿的技术方案,通过控制回采顺序诱导失稳边坡滑向采空区而不冲至露天坑底,以确保坑底露天采矿的安全性,从而在过渡期实现露天与地下安全高效协同开采,达到稳产甚至增产的建设目标。最后,利用数值模拟方法对南帮挂帮矿的诱导冒落回采方案进行了数值模拟研究,研究结果表明,在深凹露天矿条件下利用诱导冒落法回采挂帮矿是安全可行的。