充填开采工作面沿空留巷技术探讨

随着矿开采深度的不断增加,围岩应力和地下水压力对矿开采的影响日益严重,导致矿开采成本和安全风险不断增加。为了解决这一问题,充填开采技术得到了广泛关注和应用,充填开采工作面沿空留巷技术作为一种有效的采空区处理方法,对于提高矿开采效率、减少地表沉陷、保护地下水资源具有重要意义。本文主要探讨了充填开采工作面沿空留巷技术的相关内容,旨在促进矿开采行业的安全生产和可持续发展,为工程实践和理论研究提供有益的参考。     

山东望儿山金矿地表沉陷数值模拟研究

根据望儿山金矿区浅部回采的工程地质与采矿条件,采用数值模拟手段对开采引起的地表沉陷灾害进行了研究。通过模型计算,总结出开采过程中岩体应力场和位移场的变化规律,同时,对地表沉陷特点及突发塌陷进行了预测分析,指出对采矿区充填是未来开采避免地面塌陷灾害的必要措施。     

充填开采控制地表沉陷可靠性模糊综合评判

针对充填开采影响因素的复杂性和模糊性,为了更加合理客观的评价充填开采控制地表沉陷可靠性,采用AHP-模糊综合评判法建立评价模型。结合某煤矿膏体充填开采工程实践,选取4个方面的20个因素作为评价指标,利用AHP法确定各因素的权重,通过三角形隶属函数建立模糊评判矩阵,根据隶属度原则划分可靠性等级。结果表明,充填开采控制地表沉陷的可靠性综合评价等级为"良好",充填体的强度、充填体欠接顶量和充填体的密实程度是影响充填可靠性的三个主要因素,可适当提高水泥掺量和充填料浆浓度及优化充填工艺来提高其可靠性,评判结果符合矿井实际情况。改善影响充填可靠性的三个主要因素亦可运用在钨矿山开采中,对钨矿山的安全生产有一定的借鉴作用。     

全尾砂胶结充填在某白钨矿山的应用

为防止或限制某白钨矿山采空区大面积塌方和地表沉陷,矿山对采空区进行了全尾砂胶结充填。该矿山根据尾砂粒级组成和胶结充填材料强度的试验结果,设计了全尾砂胶结充填系统的工艺流程,采用立式砂仓对低浓度全尾砂浆进行沉淀脱水形成高浓度全尾砂浆,将高浓度全尾砂浆、散装水泥及适量调浓水混合连续搅拌均匀后制备成充填料浆,经充填钻孔及井下充填管路自流或者加压输送至采场空区进行充填,并解决了一些胶结充填过程中的具体问题。     

综合机械化固体充填采煤一体化技术

鉴于低碳运行的生态矿山政策,分析了综合机械化的固体充填采煤一体化技术,其可以有效控制采煤期间的地表下沉问题,在提高煤炭资源回收率的基础上确保安全开采,为煤炭生态矿山的建设提供了更多的技术支持。     

充填采矿地表弯曲变形对管路安全的计算分析

充填采矿法开采的矿山也会出现地表变形现象,准确分析充填开采引起的地表沉陷变形对地表构筑物的影响具有重要的现实意义。对冀东一个地下铁矿的地表变形实例,采用数值模拟和数值计算方法,分析计算了地表变形的最大下沉角和最大曲率,为判定地表构筑物的安全提供了定量分析的依据。经过实践验证,此分析方法较为合理、方便。     

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。     

复杂空区群条件下矿柱安全回收技术研究

矿柱是一种采矿中有意识留下的矿体,依靠围岩本身稳固性和自身支撑能力维护回采采空区。为了在复杂采空区回收某金属矿物,需要在复杂的空区群条件下保留矿柱资源。某矿区三中段以上的矿体均可以被留存成矿柱,只要开采条件合理,就可以借助如采空区群实体模型等先进的方法,制定充填法处理采空区和空场嗣后充填法的技术方案。矿柱的重要意义在于能够减少矿柱回收过程中的地表沉降问题,从而在关键部位预留原岩矿柱,保证覆岩地表的稳定性,使其不会塌陷。     

尾砂胶结充填在某金属矿采空区处理中的应用

随着工业的不断发展,金属矿逐渐成了不可或缺的材料。伴随着金属矿的大量开采,就出现了越来越多的采空区。这些一个又一个的采空区对金属矿区造成了难以预计的危害(矿区坍塌、矿井突水等)。为了避免这些悲剧的发生,矿区常常采用支撑和充填等方法。这篇文章主要来介绍一下尾砂胶结充填在金属矿采空区的广泛使用。     

基于钻孔法探测的隐伏采空区冒落规律研究

夏甸金矿-363 m水平以上采用分层充填采矿法开采,-363~-692 m水平采用无底柱分段崩落采矿法开采。无底柱分段崩落采矿法的持续开采,造成上覆岩层的不断移动及采空区体积的不断扩大。采用地表钻孔法与钻孔内摄像结合的方法探测得到采空区的冒落规律,并采用相似模拟试验直观地验证了该结论。冒落带的最高点约在-246 m水平,围岩冒落影响到地表的可能性较小,随着开采时围岩不断崩落填充,采空区的体积处于动态补充中,出现大规模采空区的可能性很小。     

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。     

基于上覆巷道保护的下伏煤层安全回采

针对千米深井下伏煤层回采需保证上覆巷道稳定性的问题,通过理论分析、数值模拟和现场实测的方法,研究了下伏煤层开采过程中上覆岩层巷道变形破坏类型、破坏机理和防治办法。通过对开采条件和开采形成的覆岩空间结构的研究,得到了走向和倾向方向上的巷道变形破坏规律;通过研究下伏工作面不同开采阶段、不同充填率条件对上覆巷道的采动影响,得到了巷道变形破坏的应力演化规律。结果表明:千米深井下伏煤层开采,上覆巷道潜在的变形破坏类型主要有两种,一是巷道断面缩减型破坏,二是巷道走向阶梯下沉型破坏。上覆巷道变形破坏的根本原因是大埋深、强采动应力,特别是下伏煤层距上覆巷道较近且距离不均等的影响,直接原因是采动造成的巷道围岩应力突增及关键岩层的破断下沉。开采过程中,工作面走向开采范围超过400 m时,巷道断面缩减型破坏和走向阶梯下沉型破坏会相互叠加,诱发更大的巷道破坏。为控制这两种巷道的潜在破坏类型,设计了沿工作面下部巷道动态部分充填和巷道补强支护方案,通过现场实测发现上述方案能够满足上覆巷道稳定性和下伏工作面高效高产的要求,研究结果和控制方案可为千米深井巷道下压煤的安全回采提供一定的借鉴。      

近距离煤层工作面煤柱合理留设与巷道围岩控制技术

为探究近距离煤层工作面煤柱合理留设宽度以及回采巷道围岩控制技术,以回坡底煤矿近距离煤层开采为工程背景,通过数值模拟、理论分析、现场实践等技术手段对不同宽度条件下煤柱破坏演化过程、影响因素、底板破坏范围以及11号煤层回采巷道围岩控制技术进行了深入研究。研究结果表明:(1)煤柱在预留煤柱时期、区段煤柱时期、保护煤柱时期、孤岛煤柱时期四个阶段过程中,煤柱破坏范围逐渐增大;煤柱弹性核占比均随煤柱宽度的增加而增加,本煤层回采巷道随煤柱宽度的增加从非对称性破坏逐渐演化为对称性破坏。煤柱破坏宽度与煤层倾角、黏聚力、煤柱宽度、内摩擦角和泊松比等因素成反比关系,只与埋深成正比关系。(2)随着煤柱宽度增大,煤柱底板破坏宽度与深度会发生变化,且底板破坏集中在煤柱边缘侧,煤柱正下方底板破坏区域较小。(3)煤柱应力集中作用致底板下方最大主应力发生偏转,底板任意一点与煤柱中心线的距离越大,最大主应力偏转角度越小;随着11号煤层巷道与煤柱边缘距离的增大,巷道围岩塑性区由倾斜的“X”形分布转变为倾斜的“8”形分布,再转化为倾斜的“O”形分布,最终转化为椭圆形分布;离煤柱距离较近时,巷道往往出现非对称性破坏,支护也要采取非对称支护形式。      

浅孔采矿法在缓倾斜薄小矿体中的应用

根据狮子山铜矿矿体赋存条件,结合矿山常用的有底柱崩落采矿法的相关情况,为了有效地控制千吨采掘比和贫损指标、缩短采掘周期,在回采倾角大、分支复合严重、构造复杂地段的矿体,分别采用了有底柱浅孔留矿法、局部无底柱浅孔留矿法,取得了较好的技术经济指标和经济效益,实践证明这是一种适合狮子山铜矿的有效辅助采矿方法。     

房柱法深部开采人工矿柱合理宽度设计

针对埋藏深度较大,走向较短的水平或缓倾斜贵重金属矿体,通常采用胶结充填人工矿柱代替原生矿柱的房柱法开采.通过对胶结充填人工矿柱的力学性能分析,了解其受力变化特征.根据普氏理论计算塑性区内岩层重量,运用胶结充填人工矿柱强度理论,计算胶结充填人工矿柱合理宽度,对采矿设计和生产实际具有指导意义.     

海底倾斜矿体开采沉陷预测研究

三山岛金矿新立矿区是我国唯一一座海底金属矿山，其对开采技术的要求较高，海下开采遇到了严重的安全问题，其中海底移动变形对采矿安全造成重大威胁。金属矿开采所引起的覆岩移动和变形是一个复杂的力学问题，掌握采空区覆岩体采动岩体移动规律和实现对覆岩沉陷的有效预测是新立矿区亟待解决的重要课题。通过对新立矿区井下55线各中段石门巷道顶板位移进行监测，得到了充填法开采倾斜金属矿体的覆岩移动和变形特征。在此基础上，提出了倾斜金属矿体充填采矿法引发覆岩内部移动和变形的悬臂梁机制。最后，通过分析顶板位移监测数据和位移曲线特征，提出了倾斜矿体充填法开采覆岩沉陷预测的轮廓函数方法。该方法由几个指数函数组成，采用该方法得到的沉陷预测曲线与实测结果十分接近，预测准确率都在85%以上。该研究结果对海底矿山的安全生产具有重要的指导意义。     

三山岛海底采矿关键技术及最优开采方案研究

海底开采存在一定的技术难题,在整个开采过程中,尤其要注意安全及地表变形或沉降等问题。通过分析三山岛原有海底开采方法的不足,提出2种适合海底开采的较优方案:脉外采准岩层微扰低沉降房柱式分层充填采矿法和高进路充填采矿法,一方面可有效防止地表塌陷等问题,另一方面通过工程实施,矿山经济效益显著增长。目前,三山岛海底开采在-165 m以下进行,在保证安全开采的前提下,为进一步提高矿山生产能力,研究认为,通过合理利用一些技术措施,护顶层中-165～-85 m水平的矿体可回采利用。     

某高岭土矿崩落法转充填法采矿工艺优化研究

根据某高岭土矿的开采技术条件和生产现状,对现有采矿工艺效率低、劳动强度大及引起地表部分区域沉降等问题进行剖析,结合国内类似矿山研究和实践成果,提出了上向进路充填法和下向进路充填法两种可行的采矿工艺。经技术和经济论证,选择了更安全、经济、高效的下向进路充填法。下向进路充填法自上而下分层回采、充填,进路尺寸为3.3 m×3.3 m,上、下相邻分层回采进路呈垂直布置,巷修机落矿,矿用卡车运输并卸载至盘区溜井。研究表明,采用下向进路充填工艺后,井下作业人员精简43.7%,单条进路生产效率提高了216%,回采率增加了14%。     

急倾斜中厚矿体长矿房连续开采干式充填采矿法

露天转地下急倾斜中厚矿体目前主要采用空场法、崩落法和尾砂胶结充填法进行开采，然而一些特殊区域不能采用尾砂进行充填，为了提高回采效率，需结合矿山地质条件研究与之相适应的采矿方法。针对青龙沟采区北矿段露天转地下急倾斜中厚矿体，依据矿岩体工程地质条件及其稳固程度，结合矿山现有采矿装备与充填条件，在阶段空场法分段凿岩、落矿的基础上，提出了长矿房连续开采干式充填采矿方法。依据矿体形态划分阶段，在首采阶段最下分层开掘凿岩巷道，上一分层预控顶为下一分层开采提供凿岩巷道；采用中深孔连续落矿的同时，利用废石等对采空区进行干式充填。该采矿方法简化了矿块开拓设计，大大减少了采准、切割工程量，缩短了采准、切割时间；通过采用连续开采减少矿柱留设，提高矿石回采量；采用干式充填体控制采场地压。在青龙沟采区北矿段现场进行的工业试验表明：对急倾斜中厚矿体采用长矿房连续开采干式充填采矿法实现了高强度和大规模集中开采，提高了矿块的回采率，降低了矿产资源损失量。     

现代采矿理念与充填采矿

传统采矿模式下,矿产资源开发过程中产生的废石、尾砂和冶炼渣等占我国工业固体废料排放量的85%左右.大量矿山固体废料堆放地表易造成严重污染,诱发泥石流、尾矿溃坝事故.根据现代采矿理念,固体废料充填工艺是解决矿山废尾排放的最有效途径,是绿色采矿的主体支撑技术.充填采矿技术具有消除采动引起的地表下沉和改善采矿应力环境功能,具有低贫损开采、提高资源综合利用率功能和＂采富保贫＂远景资源保护功能,具有降低废石尾砂等固体废料排放、甚至根本消除采矿末端处理达到无废开采的功能,具有适应各种复杂难采矿床开采的功能.文中还对实现绿色采矿的原则与技术保障以及充填采矿的研究方向进行了探讨.