复杂群采空区稳定性计算与评价

广东省大宝山由于长期无序开采及民采影响,井下采空区错综复杂,随着露天开采工作台阶不断向下推进,复杂群采空区对露天开采的安全生产构成了巨大的威胁.为分析采空区群对露天开采的影响,为采空区处理提供依据,根据目前露天矿生产作业情况、井下采空区分布状况以及与露天台阶的相互关系,采用平面弹塑性有限元法对采空区围岩的稳定性进行了计算与评价,有效分析了采空区稳定性状况.     

基于CDEM的采空区稳定性及临界顶板厚度分析

地下隐伏采空区易导致地表塌陷等问题发生,采空区的顶板稳定性关乎到露天开采的安全,确定采空区临界顶板厚度对采空区安全评价具有重要意义。采空区临界顶板厚度的影响因素复杂,与采空区的几何参数及岩体物理力学参数等多种因素相关。通过量纲分析建立无量纲表达式,得到影响临界顶板厚度的无量纲参数。在此基础上,借助CDEM数值计算方法建立数值模型并进行计算分析。建立了二维采空区数值模型,通过改变采空区的几何参数及岩体物理力学参数,计算采空区顶板的安全系数,研究以上因素对采空区稳定性的影响规律,识别影响顶板安全系数的主要影响因素。建立了采空区二维模型和三维模型的计算模型,得到了无量纲表达式中无量纲临界高度与无量纲强度间的关系,采用指数函数进行拟合得到响应的关系表达式。研究表明：弹性模量、泊松比对临界顶板厚度影响不大,采空区高度对临界顶板厚度无影响;黏聚力对采空区安全系数影响最大,采空区跨度、岩体内摩擦角、岩体密度次之;采空区无量纲高度与无量纲强度之间存在指数衰减关系。     

流变作用下露采岩质边坡和采空区的稳定性分析

针对井下开采转露天开采现状,分析了岩体材料蠕变力学特性对采空区和边坡稳定性的响应。采用改进的西原蠕变模型,对边坡安全系数的求解进行了推导,然后通过工程算例进行了数值计算,研究了采空区安全顶板的厚度和采空区边坡稳定性的影响。计算结果表明:蠕变效应下,采空区安全顶板的厚高比要比工程经验规定的值偏大,且采空区边坡垂直位移的变化对其稳定性有显著的影响,拉剪塑性区主要分布在边坡的中上部和深部采空区,并不是在矿体中,算例验证了该模型的计算是可靠的,为采空区边坡的稳定性分析提供了参考。     

采空区对边坡稳定性影响因素分析

在地下开采与露天开采转换过程中,采空区对边坡稳定性产生影响。为了探究影响规律,运用正交试验法分析采空区位置、跨度、高度因素对边坡稳定性的影响权重,并选择权重最大的因素—采空区位置进行具体分析。结果表明:采空区处于顶部时,安全系数基本不发生变化;处于中部或底部时,安全系数呈下降趋势。研究结果对地下开采与露天开采转换过程中边坡工程的设计具有一定的实践指导意义。     

露天煤矿境界内地下采空区稳定性影响因素研究

围绕地质条件及岩体力学性质、采空区空间尺寸参数以及露天开采活动等3个方面,对露天矿采空区稳定性影响因素的种类、影响程度以及影响机制展开较深入的分析,并以采空区稳定性的安全系数评价法为例来说明这些影响因素的重要性与作用路径,目的是在采空区评价与治理过程中能够抓住主要因素,兼顾次要因素,做到科学合理、切合实际的进行处理与取值。     

卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度研究

地下采空区给露天生产带来了极大的危害,采空区顶板安全厚度的确定是露天生产的重要安全保障。为了研究卢安夏铜矿露天开采下采空区顶板安全厚度,通过对矿山原有采矿技术条件和地质资料的分析及现场实地测量和调查并结合钻孔探测等手段,确定了露天矿下采空区的分布情况。以此分析地下采空区与露天境界空间关系并对露天边坡危险区进行区划,利用理论计算和数值模拟手段对最危险区域的采空区顶板安全厚度进行研究。结果表明:在最危险区域范围内,对不同采空区范围,不同位置的采空区进行模拟结果分析,露天开采的采空区隔离层安全厚度为16m(2个台阶高度),采空区对露天开采的影响较小。     

云南省长坡煤矿采空区开采安全技术措施研究

以云南省楚雄州长坡煤矿为例,分析长坡煤矿的开采方式和采空区情况以及采空区对露天开采的影响,根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》对覆土安全高度进行计算,并对采空区开采提出安全措施,以保证安全生产。     

露天地下联合开采的相互影响研究

利用数值模拟技术,对地下开采与露天开采的相互影响进行了研究,模拟分析了露天边坡开挖爆破对地下采场的影响、地下采空区和地下开采爆破对露天边坡稳定性的影响。结果表明,针对不同的工况采取不同的安全技术措施,可实现露天开采和地下开采的安全生产。     

卢安夏铜矿区充水塌陷区氧化矿露天安全开采技术研究

通过对卢安夏铜矿区原有技术资料的分析及现场实地的调查、测量,利用空区探测技术手段,详细调查、探测和分析了氧化矿下部采空区分布情况,验证及校核了氧化矿资源储量及其分布。调查并实地测量矿区开采影响范围内的塌陷区。以穆里亚希南矿段为首采区,开展露天边坡稳定性分析、采空区对露天开采的影响等研究,制定了氧化帽露天开采方案与保障措施,实现氧化矿安全开采。     

卢安夏铜矿区充水塌陷区氧化矿露天安全开采技术

通过对卢安夏铜矿区原有技术资料的分析及现场实地调查、测量,利用空区探测技术手段,详细调查、探测和分析了氧化矿下部采空区分布情况,验证及校核了氧化矿资源储量及其分布。调查并实地测量矿区开采影响范围内的塌陷区。以穆里亚希南矿段为首采区,开展露天边坡稳定性分析、采空区对露天开采的影响等研究,制定了氧化帽露天开采方案与保障措施,实现氧化矿安全开采。     

露井联采边坡稳定性影响因素分析

针对露井联采矿井边坡稳定性差且影响因素多的实际情况,以国内某露天煤矿为工程背景,应用极限平衡和数值计算方法,首先将单一露天开采的边坡与露井联采边坡的稳定性进行对比研究,并对露井联采分为先露天后地下开采和露天与地下同时开采进行具体分析.研究表明,采空区的存在会降低边坡的稳定性,同时采空区最终的回采边界线的位置对整个边坡稳定性与资源采出率的影响是至关重要的.     

基于K.B.鲁佩涅依特理论的露天坑下采空区算顶板安全厚度计算

对三道庄露天开采境界内采空区的顶板岩体进行了受力分析。采用K.B.鲁佩涅伊特理论计算方法及假设条件,建立了采空区顶板岩体力学模型。应用MATLAB数值模拟软件,建立了安全系数K=1.3时不同采空区跨度与顶板安全厚度之间的对应关系,对指导该矿露天开采的安全生产具有重要的意义。     

基于能量法的露天开采下采空区顶板安全厚度研究

为了确定露天开采下采空区顶板安全厚度,基于力学理论,分析了露天开采下采空区顶板受力特性,建立其固支梁力学结构模型。根据能量守恒原理,推导了由顶板弯曲应变能、水平荷载做功和垂直均布荷载做功组成的采空区顶板结构总能量方程,获得了采空区顶板势能函数解析式。采用突变理论,建立了采空区顶板系统的尖点突变模型,获得了采空区顶板失稳判别式,推导出采空区顶板安全厚度计算模型。对某露天矿采空区顶板厚度进行了应用案例分析,理论计算出的最终采空区顶板临界厚度为11.34 m,与现场安全预警经验值12 m基本一致。表明所建立的采空区顶板安全厚度计算模型合理可行,可为露天开采下采空区顶板安全厚度设计提供一定的理论依据和工程指导。     

露天煤矿采空区稳定性评价

露天煤矿因安全、高效、作业条件好等优点,在我国煤炭开采中所占的比例日益增大。但很多露天煤矿矿田内均进行过地下开采,而地下开采遗留的采空区对露天开采是极大的安全隐患。针对某露天煤矿采空区的实际情况,论述了采空区上覆岩层稳定性评价办法,并有针对性地推荐了不同复杂程度的采空区上覆岩层稳定性计算方法。     

采空区处理对上部采场边坡稳定性影响的研究

目前边坡稳定性研究较多,也取得了很多成果,但针对地下开采转露天开采的边坡稳定性影响、边坡安全控制关键因素研究甚少。针对采场底部空区采用废石充填、上部空区采用崩落隔离矿柱的空区处理工艺,分析采空区进行崩落隔离矿柱对边坡坡脚应力释放、采场边坡脚距空区水平距离影响。根据边坡应力、应变和塑性区发展趋势得出:随着采场边坡脚距空区水平距离的加大,空区底部剪应力呈线性减小趋势;采空区处理时坡脚距采空区水平距离为影响上部采场边坡稳定性的关键因素。结果为地下转露天开采的边坡加固提供了依据。     

资源整合矿山剥采比计算方法研究

由于受到前期形成的采空区影响,资源整合转露天开采的矿山的剥采比计算与新建露天矿山的剥采比不同。综合考虑了井工开采不同采空区层位存在对剥采比的影响,分析了全矿剥采比受不同层位采空区影响的计算公式。     

基于拓展的Mathews稳定图法和数值模拟的采空区稳定性分析

某铅锌矿经多年开采遗留下一些未处理采空区,为进行后续开采,现需对采空区进行稳定性研究。通过拓展的Mathews稳定图法、FLAC3D数值模拟软件进行研究,并基于Mathews稳定图法分析暴露时间对采空区稳定性的影响。以矿山三个未处理采空区作为研究对象,利用RMR和Q＇值进行岩体质量分级,根据获得的岩体力学参数,使用增加了稳定性等概率线的Mathews稳定图,计算出采空区顶板及上盘的稳定性及稳定概率;计算考虑暴露时间的采空区稳定性概率,进行比较;利用FLAC 3D数值模拟软件对采空区进行稳定性数值模拟分析,并与Mathews合成图得出的结果进行对比。结果表明：综合Mathews稳定图法和FLAC 3D数值模拟,6204采空区顶板评价结果为不稳定,其他采空面均为稳定;随着暴露时间的增加,采空区稳定性随之降低,且对岩性较差的采空区有较大影响;拓展的Mathews稳定图法与数值模拟可以相互验证,综合分析采空区的稳定性。     

基于Geomagic-Midas-FLAC3D的采空区稳定性分析

井下采空区稳定性分析是金属矿山常需面对的问题,采空区稳定性关系到空区周边开采的安全,对矿山安全生产、经济效益、社会效益等都起到至关重要的作用。从采空区现状调查出发,采用三维模型构建、理论计算及三维数值模拟对井下采空区稳定性进行了计算与分析,研究结果表明:在矿山开采现状条件下,对采空区进行了实地调查及三维激光扫描,切实掌握了各中段采空区的详细分布状况;采用Geomagic软件对采空区模型进行了精确解译,并精简了模型三角面片,可快速统计采空区长、宽、高及体积等基本参数,同时为模型构建提供了基础条件;采用理论计算及三维数值模拟两种方法对井下采空区稳定性问题进行了深入研究,并对井下采空区进行了稳定性安全分区分级。研究结果可为金属矿山采空区稳定性分析及采空区治理提供科学依据。     

煤矿采空区对地表稳定性影响分析研究

煤矿井巷开采形成的采空区对地表的稳定性影响是巨大的,如何准确地确定煤矿采空区对地表的稳定性影响程度成为一个重要的课题。通过工程实例,应用解析法计算了煤矿采空区覆岩稳定性和采空区的残余变形,并根据计算结果对地表稳定性进行了评价。同时,利用数值模拟法就煤矿采空区对地表变形的影响程度进行了计算。对解析法、数值模拟法的计算结果的异同进行了比较,分析了产生差异的原因,为煤矿采空区对地表稳定性影响评价提供了快捷的方法。     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。