崩落法开采"悬留"大型采空区协同处置技术研究

无底柱分段崩落法主要通过崩落上覆围岩处理采空区,对于未冒落充填完毕的大型“悬留”采空区,其地压安全问题未得到根本解除。该类空区的体积范围达到一定程度后,易发生突然冒落失稳,产生较大冲击地压,对于井下人员及生产安全造成了重大威胁。以谢尔塔拉铁锌矿的“悬留”大型采空区为例,构建了一整套协同处置技术,分别采用数值模拟方法对其稳定性进行分析,采用封闭加井筒泄压方式处理采空区,同时构建了先进的微震监测网络,对岩层移动及采空区稳定性进行全天候跟踪监测分析和预警,实现了对空区的有效管控,对于存在该类“悬留”空区的矿山提供了可行的处置方案。     

佛子矿104号矿体复杂多层采空区处理技术研究

佛子矿104号矿体经过多年浅孔留矿法开采,在矿体上部遗留了大量的采空区及矿柱;由于前期的无序处理,形成了复杂的空区赋存现状,对下部矿体的安全开采带来了严重威胁。为了科学地制定空区处理措施并回收矿柱,通过数值计算结合理论公式法对104矿柱稳定性进行对比分析,确定了各空区残留矿柱的安全系数;结合矿山现有技术条件,在综合考虑采空区安全处理及矿柱有效回采的基础上,提出了崩落充填相结合的处理方案;采用FLAC3D软件对拟定方案进行了数值模拟分析。计算结果表明：崩落充填相结合的处理方案通过强制崩落法与充填法相结合,使上部应力集中区围岩得到充分移动垮落,下部空区得到充实,达到崩柱放顶卸压、控制岩移的目的,能有效地消除空区隐患并回收矿柱,为矿山安全、经济、合理地处理采空区提供了指导。     

沿空巷旁支护适应性原理与支护方法

沿空留巷作为无煤柱开采技术的重要组成,在薄及中厚煤层等条件下已经试验成功,但对于厚层坚硬顶板来压剧烈状况,沿空留巷效果差。本文在分析坚硬顶板岩梁剧烈运动特征的基础上,提出了沿空巷旁支护适应性原理,包括载荷适应性和变形适应性两方面;构建了“柔-强”组合巷旁支护力学结构模型,即采用柔性材料缓冲坚硬顶板先期剧烈沉降、高强材料承担顶板后期作用,发明了定量确定巷旁“柔-强”巷旁支护体分层厚度的方法;初步探讨了采空区矸石压缩与巷旁支护的流变协同力学特征,推导了采空区矸石压实稳定时间计算公式,分析了巷旁支护强层材料流变性能要求。现场试验表明,采用该方法实现了坚硬顶板条件下的沿空留巷,推动了无煤柱绿色开采技术进步。     

顶板硐室爆破方法处理大跨度采空区的应用实践

对某大型低品位钼矿山Ⅳ^#采空区顶板岩体稳定性进行了分析, 结果表明其稳定性较好, 可采用空区顶板硐室爆破崩落的方式处理该空区, 顶板硐室爆破工程实施的关键在于确定最佳安全施工厚度。根据矿山实际, 首先采用经验公式法确定了空区最小垫层厚度和爆破振动安全允许距离, 在此基础上确定了最小安全施工厚度, 最后布置了炸药硐室、计算了炸药量并提出了施工过程中的安全注意事项。实践表明, 顶板硐室大爆破是一种安全可靠、投资省、高效的地下采空区处理方法, 大爆破达到了预期处理效果, 恢复了采空区下方的地采作业。     

多层采空区稳定性分析及处理措施

在现场地质调查、岩石力学性能实验的基础上,应用FLAC3D数值模拟技术对威克矿多层多区块叠跨复杂采空区体系进行了分析研究,计算结果表明该空区体系处于稳定状态。对矿山提出的空区处理方案进行了数值模拟研究,分析结果显示：照此处理后采空区体系虽部分贯通但整体仍然稳定,达不到崩落塌通地表的预期效果。在空区体系稳定性分析的基础上,提出了空区体系处理的改进方案。先考虑多种因素条件综合确定空区顶板的安全厚度层,松动爆破剥离安全层上部的岩石;再用露天深孔挤压爆破崩落法处理空区上部预留顶板安全层,爆破崩落的岩石充填空区形成下部无底柱分段崩落法的覆岩保护层;最后对空区间残留的岩柱进行崩落,以达到处理采空区体系的目的。     

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。     

采空区隐患影响下的残矿协同开采技术研究

采空区时空分布复杂、地压显现严重是制约赣南钨矿残矿资源回收的关键性技术难题。为解决赣南地区钨矿残矿资源回收的难题，基于“协同开采”理念，兼顾资源开采与隐患处理，提出了针对赣南地区 钨矿的采空区探测-微震实时监测-残矿协同回采(探-监-采)的协同开采关键技术方案，并结合赣南某典型钨矿开展了工程案例分析。研究表明：针对31132矿块空区复杂的时空分布特征，以三维精细探测技术为基 础精细化构建了整体地质模型和采空区模型，精确得到残矿形态与残矿量，矿量估算误差小于10%，并以此为基础分别对顶柱、底柱和间柱因地制宜制定了回采方案；残矿回采过程中建立了IMS微震监测系统，对31132 矿块采场的采空区稳定性进行了实时监测和预警，并协同应用空区封闭、胶结充填等方法处理空区，实现了空区隐患处理与残矿资源回收的有机统一，完成了31132采场顶柱残矿全部回收，并为间柱回采创造了条件。 研究结果可为赣南地区钨矿残矿资源安全、高效、协同开采提供技术参考。     

某铅锌矿采空区崩落处理与安全保障技术研究

某铅锌矿前期采用分段凿岩阶段矿房法,945m水平以上面临采空区安全隐患。基于各中段空区赋存特征,因地制宜进行崩落处理。1 005m中段,1#矿体和9#矿体分别采取自然冒落和强制放顶。945m中段,采用中深孔分段凿岩或束状深孔阶段凿岩的整体崩落法,以矿房采空区为大补偿空间,对矿柱进行区域整体崩落回采。另外,采空区处理相关安全措施包括作业区与空区隔离、空区内留设矿石垫层、空区封闭与气浪引导等。     

老采空区“活化”的相似材料模型系统

 介绍了一种采用空气压缩设备对老采空区“活化”进行相似材料模型设计系统的研制设计过程,并采用工业测量系统对压力下的相似材料模型进行监测,讨论了系统的硬件、软件应用,以及空气压缩装置和和工业测量系统的特点、实用方法,介绍了现场应用的情况。应用表明,该监测系统下的模型设计能真实的反映老采空区“活化”的整个过程,从而为准确的掌握老采空区“活化”的移动和变形规律提供可靠数据。     

露天矿崩落法处理复杂空区后的安全评估方法

露天矿崩落法处理大型复杂空区后需进行安全分析。结合某露天矿多年采空区治理的实践,提出了待评估区的分区原则,分区内已处理空区塌实程度的分析方法,分析了下部空区稳定性的主要影响因素,制定了半定量的崩落法处理空区后的安全评估标准,该标准以处理空区塌实程度、下部空区稳定性影响因素、虚渣厚度等指标为基础,共有19种不同情况的指标组合,对应着安全、相对安全、相对危险、危险、极危险等五大类危险程度。结合空区实例,应用新提出的安全评估方法对处理后的E区1334复杂空区进行危险程度评估,该爆区共分为49个分区,从塌实程度分析,41个分区塌实或基本塌实,4个分区局部未塌实,4个分区未完全塌落;从危险程度评估,该爆区共有16个安全分区、4个相对安全分区、3个相对危险分区、14个危险分区、12个极危险分区;不同的充填图案分别代表充填爆区内每个分区的危险程度,可直观显示不同区域的危险程度和范围;安全评估可为后期资源的安全回收提供可靠的依据,E区1334爆区已累计成功回收矿石量300万t。     

孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法

根据孤岛工作面采空区上覆岩层受采动影响的程度,将其顶板结构分为全悬顶结构、半悬顶结构和完全移动结构。通过理论分析3种顶板结构的应力传递机制,建立了孤岛工作面支承压力估算模型,提出了支承压力估算方法,并构建了存在基于弹性承载区的孤岛工作面围岩整体失稳冲击危险性评估方法。采用本文提出的估算模型及评估方法,对“全悬顶-完全移动结构”和“全悬顶-全悬顶结构”孤岛工作面进行了冲击危险性判定,为矿山决策孤岛工作面能否安全开采提供了理论依据。     

构造复杂矿床地下开采中的采空区处理问题

为了保证工人作业安全和保护矿产资源,根据控制矿山压力的各项要求,采空区的处理问题应采取综合措施解决。处理采空区的方法有:构筑隔墙隔离未充填的采空区;崩落围岩或从上部转移废石处理采空区;用胶结充填料、水砂充填料或松散充填料充填采空区;用联合法处理采空区。大多数采空区用深孔强制崩落或围岩的稳固性条件达到极限跨度时控制自然崩落进行崩落处理。近年来越来越广泛用胶结充填料充填采空区,铁矿空区的胶结充填量达20％,有色金属和稀有金属矿山为35～45％。     

大型复杂采空区处理方法的研究和应用

采空区治理是关系矿山可持续发展的关键因素之一.广东省大宝山矿业有限公司采用中深孔强制崩落和废石充填的联合方法对大宝山矿576特大采空区群进行了处理,并且借助ANSYS三维有限元程序模拟空区处理前后的稳定性状况,为矿山安全生产提供了重要保障.     

采空塌陷影响因素分析及颗粒元数值模拟研究

分析了顶板暴露面积、矿柱留设尺寸、开采深度、围岩性质、地质构造、工程扰动等因素对采空区稳定性的影响。提出了基于“复合应力拱”的采空群稳定性分析模型, 并采用颗粒流数值模拟方法对具体工程案例进行了计算验证, 结果与复合应力拱理论具有良好的符合性, 表明这一方法适用于分析采空塌陷等复杂的、不连续体的力学过程, 对矿山的安全生产具有一定的指导意义。     

组合支架切顶巷旁自行充填矸石墙体留巷试验

为研究一种安全、经济、可靠的中厚煤层沿空留巷方法，通过弹塑性力学和岩石力学理论方面的深入分析，依据矿山压力及其岩层控制基础理论，结合现场实测和数值模拟计算，提出了受重复采动影响沿空巷道围岩分类方法，即以极限平衡区深入围岩内的深度为分类指标；相应给出了支护设计准则；依此提出了特殊“组合支护”设计思想，研制出具有强力切顶、高阻让压、可缩协调等功能并符合留巷围岩不同时空矿压规律的组合支架。试验表明，“组合支护”能够及时切顶，自然形成矸石充填墙体。     

矿山采空区崩落爆破评估验收方法

为了评价和验收矿山采空区的崩落爆破,根据采空区崩落爆破前后的体积平衡原理,提出利用爆破后采空区充填率和遗留空区体积这2个指标共同评价采空区崩落爆破处理效果的方法。首先对采空区进行三维激光扫描获得空区形态参数,接着测量和计算获得崩落爆破方案中被破碎的岩石体积,再测量崩落爆破后地表塌陷体积,最后通过推导的公式计算获得评价验收指标。其中采空区充填系数k用来判别原采空区的主要安全风险是否得到排除,如k>85%表示爆破效果优良;遗留空区体积用来判别崩落爆破后的遗留风险大小。根据这2个指标结果进行采空区崩落爆破施工的验收。实践证明,该方法具有成本低、效率高的优势,能够满足隐患空区治理与隐患资源开采协同作业的日常生产要求,对地采转露采矿山空区治理和验收有借鉴意义。     

马坑铁矿一期东区空区处理方案探讨

马坑铁矿一期东区采用空场采矿法，浅眼落矿，空区暴露总面积为2.83万m²，总体积为74.7万m³。根据已形成的空区特点及废渣回填部分空区、封闭处理空区的成功经验，就马坑铁矿矿山采用“充填”、“封闭”相结合的空区处理方法进行探讨。     

基于C-ALS三维激光扫描的深埋隐蔽采空区空间形态探测与治理

深埋隐蔽采空区严重制约大宝山矿业公司安全生产.采用C-ALS空区自动激光扫描系统对大宝山矿隐蔽采空区进行探测,并根据所获得的采空区三维参数对采空区矿体开采进行指导.C-ALS空区自动激光扫描系统有效解决此类空区空间形态探测的难题,精确获取隐蔽采空区三维参数,该系统自2012年运行以来,共探测空区161个,空区体积10.86万m3.最后,利用崩落顶板处理技术对采空区进行处理,消除安全事故.     

团城铁矿多空区矿体开采技术研究

在研究采空区围岩冒落规律的基础上,提出并试验成功了“多空区矿体监控强采技术”、“活动空区边缘回收冒落残矿技术”、“巷道过散体层技术”与“斜面蹬碴落矿新型采矿方法”,形成了一整套开采多空区矿体的技术体系,有效地回采了团城铁矿被空区破坏的矿体与残留矿体,延长了生产年限,取得了良好的经济效益与社会效益。     

高岭土矿分层崩落法采空区悬顶处理方法探讨

空区顶板地压活动常给矿山生产造成严重危害,甚至成灾,直接破坏矿山生产,并威胁到生产人员的人身安全.因此,探索采空区顶板地压活动规律和空区顸板处理方法,战胜顶板地压灾害,保证安全生产,提高矿石回采率已是许多矿山迫在眉捷的任务.本研究以中国高岭土公司观山矿为实例,对高岭土矿分层崩落法采空区悬顶处理方法进行了初步的探讨.