基于3DMine-Rhino-FLAC3D的多采空区对竖井的稳定性影响分析

矿山不断的深入开采,会遗留下大量采空区,采空区的失稳破坏势必会对位于移动带内的竖井稳定性造成影响,竖井的变形破坏不仅影响矿山正常生产,还将给人们的生命,财产和国家造成重大损失。随着高性能计算机和数值模拟技术的普及,为复杂采空区及竖井的稳定性研究提供了新的解决思路。为了解内蒙古某金矿竖井的稳定情况,在“三维网格堆砌法”的基础上提出了3DMine-Rhino-FLAC_^3D耦合建模的新思路,能够更加精准的反应地表、矿体和采空区的实际情况,提高计算的准确性。对竖井周围的应力、位移、塑性区等方面进行了分析,并提出两种可行的治理措施。1.发现该竖井在658m中段的变形量最大,最大位移量3.5cm左右；2.随着采深的不断加大,虽然在采空区周围的围岩应力有增大的趋势,但在开采过程中对竖井周围应力影响较小；3.通过开挖后主竖井周围围岩仍处于原岩应力状态,未出现剪切和拉伸破坏；4.对两种不同的治理方案治理后的采空区分析发现主竖井的变形速率明显减小,说明两种治理方案均能使井筒变形的到控制,有效提高竖井周围围岩的稳定性。     

软岩矿井采空区下综采工作面参数优化设计研究

以灵东煤矿软岩采空区下Ⅱ₃煤层开采为背景,选取工作面长度、区段煤柱宽度、采高等3个因素进行正交试验设计,通过FLAC^_3D数值软件模拟不同因素组合下工作面覆岩的破坏情况,分析每个因素对工作面覆岩破坏的影响程度。试验结果表明,各个因素对Ⅱ₃煤层工作面顶板破坏高度影响显著性次序依次为：采高>工作面长度>区段煤柱宽度。根据对数值模拟结果的分析,结合各因素对导水裂缝带高度影响曲线,遵循煤矿安全高效生产的基本原则,确定Ⅱ₃煤层工作面合理尺寸组合为工作面长度为250m,区段煤柱宽度为25m,采高为5m,并与中硬岩层的模拟结果进行对比,体现出软弱岩层在模拟中的破坏程度。     

下行中深孔空场嗣后充填采场结构参数优化研究

充填体下进行矿体回采时采场的稳定性至关重要,合理的采场结构参数对保障采场安全高效的回采起重要作用。以喀拉通克铜镍矿2_^#矿床东段矿体为工程背景,基于现场充填体假顶厚度,通过荷载传递交汇线理论、跨厚度比法、国外经验图表法和经验类比法预估采场极限跨度,并利用FLAC_^3D数值模拟软件对7 m、8 m和9 m 3种采场跨度方案进行数值模拟研究,分析不同采场跨度对围岩位移场与应力场变化及塑性区扩展规律的影响,确定在充填体假顶作用下最优的采场结构参数。研究结果表明：当采场跨度为8 m时,既能保证采场稳定性,又能最大程度发挥采场生产能力。     

Er3+/Tm3+共掺碲酸盐玻璃1.8 μm波段光谱特性研究

为分析Er³⁺/Tm³⁺共掺碲酸盐玻璃的发光性能,得到1.8 μm处的高强度发光。采用熔融退火法,制备了Tm₂O₃掺杂浓度（摩尔百分数）为0.25%、0.5%、1%、1.5%和2%的75TeO₂-20ZnO-5La₂O₃-0.5Er₂O₃碲酸盐玻璃。对碲酸盐玻璃进行吸收光谱的测定,同时研究其在1.8 μm波段的光谱特性。吸收光谱测试结果表明：碲酸盐玻璃在800 nm附近的吸收峰为Er³⁺的⁴I_15/2→⁴I_9/2跃迁和Tm³⁺的³H₆→³H₄跃迁的叠加,说明两种稀土离子都得到了很好的溶解混合;发射光谱在1200—2200 nm范围内,在1.53和1.8 μm处出现了发射峰,且1.53 μm处的发光远弱于1.8 μm处的;1.8 μm处的发射峰是Tm³⁺离子在³F₄→³H₆跃迁产生的,由峰值波长分别为1740和1857 nm的分解谱线组成,此时该玻璃发生了荧光俘获效应,随着Tm₂O₃掺杂浓度的增加,1740 nm处分解谱线的相对强度逐渐降低,而1857 nm处分解谱线相对强度逐渐增大。该玻璃同时具有较大的受激吸收截面以及发射截面,有望成为一种新型的2 μm波段的激光玻璃材料。     

基于FLAC3D的隐患空区识别研究

本文以河北某银(金)矿采空区为研究背景,通过建立FLAC_3D数值模型,研究分析了采空区周围的应力、位移、塑性区分布情况。研究结果表明,27个空区中的4个属于隐患空区中的关键空区,需要在下步残矿回采方案制定过程中重点研究和优先治理;14个空区局部可能出现破坏,需要结合残矿回采方案确定合理治理顺序和方案。研究过程及结论可供空区治理方案研究及类似矿山参考。     

深孔预裂对采空区瓦斯抽采效果的影响研究

针对大跨度工作面采空区坚硬顶板悬而不落易造成瓦斯超限的问题,以潞宁矿地质条件为工程背景,用数值模拟、现场测试方法开展了采空区瓦斯治理研究。FLAC_^3D模拟结果表明：顶板未采取任何处理措施时初次来压步距达到了60m;基于深孔爆破和采空区高位钻孔抽采原理,现场试验结果表明：采取深孔预裂后,工作面倾向来压步距不同步,初次来压步距减小为31～45m;来压后,高位钻孔最高瓦斯抽采浓度、纯流量增加了1.8倍、5.6倍;顶板来压对高位钻孔和插管抽采均具有促进作用,但对高位钻孔抽采影响程度更明显,且来压后瓦斯治理主要以抽采为主。     

河北阜平县葛拉沟废弃露天铁矿地质环境问题及治理方案

河北阜平县葛拉沟废弃露天铁矿已废弃多年,由于长时间失去人工治理和维护,致使当地的地质与生态环境破坏严重,同时也存在发生地质灾害的隐患,严重影响到了矿山周边居民的生活质量与安全,也阻碍了阜平县红色旅游经济的可持续发展。葛拉沟废弃露天矿内残存5处渣堆、12处露采掌子面、5处开采台面和1处矿山泥石流沟,矿山破坏总面积约0.21 km_²。本文针对葛拉沟废弃露天铁矿存在的地质环境问题,进行了地质环境影响评估,对裸露的渣堆、掌子面、开采台面和小寨沟内矿渣冲蚀区等设计合理的治理方案,修复破坏的自然景观和防治可能出现的地质灾害。该治理方案可最大限度地减少矿山地质环境问题造成的破坏,同时建议矿山地质环境的治理过程中和治理后要定期巡查和维护工程和植被,确保工程质量和绿化效果。另外,该治理方案可为同类矿山环境治理提供参考和借鉴。     

基于TOUGHREACT模拟分析黄铁矿对酸法地浸采铀的影响

酸法地浸采铀过程中,铀矿的伴生矿黄铁矿作为非目标矿物会消耗氧化剂和酸。为探明酸法浸铀过程中因黄铁矿溶解产生的变化规律,本文以巴彦乌拉铀矿采铀过程为例,采用六注二抽的“网格式”井型构建二维酸法地浸采铀模型进行模拟研究,在抽注平衡的条件下,模型中只考虑黄铁矿(FeS₂),沥青铀矿(UO₂),与石英(SiO₂)。结果表明：1)模拟结束后(1000 d),在抽注单元控制的地下水流场作用下,边界处注液井的黄铁矿溶解范围呈两极分化,最远处抵达抽液孔,为30 m,最近仅距注液井8.4 m,而中间处注液井的黄铁矿溶解范围最远达27.8 m,最近达8 m；2)地浸采铀中的关键因素Fe^₃₊在氧化还原次序中排名靠后,黄铁矿未完全溶解之时,在缺少Fe^₃₊的情况下,铀矿的溶解速率极低,直至黄铁矿完全溶解时,铀矿溶解速率才迅速增加,模拟结束后(1000 d),边界处注液井铀矿完全溶解范围为距注液井7.2 m-12.8 m,中间处注液井铀矿完全溶解范围为距注液井7 m-11 m,此时溶浸液中的六价铀(UO_2²⁺)迁移前端距离抽液孔仅8.4 m；3)铀矿的浸出经过溶解(液相)-沉淀(固相)-再溶解(液相)的多次旋回,根据铀矿的溶解-沉淀量将其划分为完全溶解区,有效溶解区和沉淀区,模拟结束后(1000 d),注液孔1完全溶解区范围为7.2m-12.8 m,此时沉淀区已形成一个锥形区域,范围为18.6 m-21.6 m,同样在抽注作用的影响下,在靠近抽液孔方向上,锥形沉淀区的尖端铀矿沉淀量最多；4)在抽注单元控制的地下水流场作用下,黄铁矿与铀矿的溶解区域,均出现靠近抽液孔方向的溶解范围大于远离抽液孔方向的溶解范围。     

基于BaCo0.4Fe0.4Zr0.1Y0.1O3-δ空气电极的可逆质子陶瓷膜电池性能研究

采用柠檬酸络合-硝酸盐燃烧法合成的BaCo_0.4Fe_0.4Zr_0.1Y_0.1O_3-δ (BCFZY)作为空气电极材料,组装了燃料电极支撑的可逆质子陶瓷膜电池(R-HCMC),并且探讨了单电池在不同工作模式下的电化学性能。结果表明：在900 ℃下合成的BCFZY表现为单一立方钙钛矿结构,在700 ℃燃料电池模式下,单电池最大输出功率为424.7 mW?cm^-2、最低的极化阻抗为0.23 Ω?cm²;在电解模式下,电解电压为1.4 V时,最大电流密度为1 084 mW?cm^-2、氢气产率为3.1 mL?min^-1?cm^-2。说明,BCFZY空气电极在中低温条件下表现出良好的电催化活性和结构与性能稳定性。     

耐铅链霉菌诱导碳酸钙沉淀对水中Pb2+的去除研究

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)可将水中游离的Pb_²⁺转化为稳定的沉淀物。本文筛选出一株耐Pb_²⁺的脲酶阳性SHT17菌株,16S rRNA 鉴定为Streptomyces mutabilis(登录号为OL677072)。探究该链霉菌诱导碳酸钙沉淀对水中Pb_²⁺的去除能力。通过电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对水中Pb_²⁺浓度进行检测,利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱(EDS)、X-射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对菌株诱导的沉淀物进行分析。结果表明,链霉菌能有效地去除水中Pb_²⁺。当Pb_²⁺浓度为200 mg/L时,水中Pb_²⁺去除率达到99.66%,并且去除的Pb_²⁺以碳酸盐的形式被固定在链霉菌诱导生成的沉淀物中。此外,随着初始Pb_²⁺浓度升高,该菌对Pb_²⁺去除率均在65%以上,且大致呈下降趋势。不同钙源影响着链霉菌诱导形成的沉淀物的形貌。     

基于数值模拟正交试验的采空区稳定性因素的敏感性分析

采空区稳定性受多种因素的制约,确定各影响因素的敏感性,对确定复杂采空区失稳主控因素,为采空区稳定性综合评判体系构建过程中权重确定具有十分重要意义。通过综合分析将单轴抗压强度、RQD、节理面间距、地下水、泊松比、采空区高度、采空区面积、采空区埋深、采空区的长宽比作为分析因素。基于正交设计和数值模拟方法确定9因素4水实验方案,利用霍克布朗准则将空区影响因素转化为岩石力学参数,以塑性区总体积,顶板塑性区体积,边壁塑性区体积为考核指标,对实验结果进行了极差分析,综合确定采空区埋深,采空区面积,单轴抗压强度,长宽比4个因素是对空区稳定性影响最为敏感,对采空区稳定性评估时影响因素权重确定以及生产中设计矿房尺寸,具有理论指导意义。     

采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术及应用

以淮北矿业集团拟建办公中心在采煤沉陷区进行建设为例,提出了针对老采空区的综合勘察技术;基于老采空区残余空间、破裂岩体裂隙分布规律、建筑荷载作用下老采空区的变形破坏规律及地表变形的时间效应,提出了采煤沉陷区建设用地地基稳定性评价方法;基于工程实践,提出了老采空区注浆治理的设计和检测方法,并初步形成老采空区治理效果检验标准;最终形成了包括老采空区勘察技术、采煤沉陷区地基稳定性评价技术、老采空区注浆治理技术、注浆效果检测及后评价技术的采煤沉陷区建设用地综合治理成套技术。该技术的应用为采煤沉陷区土地资源利用提供了新途径。     

赣南某钨矿采空区稳定性评价及治理技术方案

金属矿山在地下开采过程中，如何保证矿区采空区的稳定性成为矿山安全生产的关键所在。本文以赣南某钨矿采空区为研究对象，进行采空区探测、稳定性评价与治理技术方案研究。研究在对该矿山开采历史及空区现状情况进行详细调查和整理的基础上，利用三维激光扫描仪扫描采空区得到其点云数据，结合3DMine软件建立该采空区的三维形态，基于未确知测度理论构建多指标综合评定体系，确定该矿区采空区的稳定性等级，并结合矿区采空区治理技术条件，提出了相应的空区治理技术方案，为矿山空区治理提供技术支撑。     

新疆某铜矿采空区治理与监测方案研究与应用

新疆某铜矿是多年开采的矿山，矿山开采采矿方法为分段凿岩阶段空场采矿法和全面采矿法，在开采过程中形成了一定规模的采空区，给未来生产造成了较大的安全隐患。为了消除或减小采空区对矿山安全开采的危害，针对采空区存在的现状，本文通过采空区调查、工程地质调查及采空区采场稳定性研究、采空区缓冲层厚度研究、安全对策措施研究等，提出了“充、崩、封”相结合的采空区治理方案以及常规地压与单通道声发射相结合的地压监测方案。为矿山的采空区治理和安全有序生产提供决策依据和技术保障，也可为类似条件矿山的采空区治理提供一定的借鉴。     

灰色层次分析法在地下采空区稳定性评价中的应用

为了对地下采空区稳定性进行评价,提出一种基于层次分析法和灰色关联法的综合评价方法。综合考虑影响采空区稳定性的各动态、静态、定量、定性因素,如岩体结构、地质构造等因素;通过层次分析法构建了综合评价指标体系,并确定了各指标的权重;利用灰色关联法建立采空区稳定性评价模型,从而根据各因素的关联度进行评价预测。以老鸭巢矿区为例,构建了3个层次、13个指标的综合评价指标体系,通过二级关联分析得出各采空区稳定性的关联度排序为r₂>r₇>r₁>r₅>r₃>r₉>r₆>r₄>r₈,结果表明：2、7、1号采空区稳定性最好,5、3、9、6号次之,4、8号采空区稳定性最差。     

基于AHP-模糊评价的采空区稳定性研究

针对采空区频繁的出现大规模失稳问题，提出一种基于AHP-模糊评价的失稳预测模型。综合考虑采空区失稳的诱因，优选区域地质水文因素、岩石强度性能因素、采空区环境因素和采空区结构参数等4个一级指标及相对应的20个二级指标，建立采空区稳定性评价指标体系，运用层次分析法计算相应的权重向量，结合模糊综合评价理论，对采空区稳定性进行综合评价，将该模型运用到云南羊拉铜矿里农矿段采空区稳定性评价中。研究结果表明：该矿山的采空区稳定性评价等级V4，失稳程度高，综合系统得分69.4515，所得结论与矿山实际情况较吻合，尽而验证了该模型的可靠性。为后续采矿方案设计和执行提供理论依据，有效缓解矿山失稳所带来的灾害。     

基于三维激光扫描空区精细化稳定性分析

地下回采空区探查与稳定性评价是目前众多矿山亟待解决的安全难题之一。以某旅游平硐为工程案例,采用BLSF移动式三维激光扫描测量系统现场探测并构建了平硐与空区三维点云模型,并据此建立了三维精细化数值分析模型,评估了基于真实形态的空区稳定性。研究结果表明,基于三维激光扫描的精细化数值模拟方法,能够更加准确地刻画空区形态,更加真实地反映空区稳定性特征。典型工程隔离矿柱稳定性良好,但平硐局部区域存在安全隐患。研究为同类矿山的空区稳定性安全评价提供了有益借鉴。     

矿山地下采空区稳定性二级模糊综合评价

针对采空区失稳坍塌的复杂性与不确定性,确定影响采空区稳定性的17个主要因素并确定各个因素所占的权重,建立并应用二级模糊综合评价模型对采空区稳定性进行定量分析。研究结果表明:应用模糊数学理论建立的二级模糊综合评价模型能够较准确地反映采空区稳定性程度,与实际情况较符合,为矿山地下采空区的稳定性程度评价提供了一种可行的思路和方法。     

缓倾斜中厚矿体采空区稳定性数值模拟分析

为研究缓倾斜中厚矿体采空区稳定性,在研究采空区失稳机理以及收集矿床资料、采矿进程及进行室内岩石力学实验的基础上,利用数值模拟软件FLAC对磨坊矿五号井2号矿体4号采场的开采活动进行了模拟.通过对采空区竖向应力分布,塑性区发展趋势以及剪应变增量的分析,得出了空区的稳定性程度及破坏发展趋势:(1)在空区顶板与地板中心处出现了拉应力的集中;(2)空区剪切破坏首先发生在角隅与矿柱的中下部,导致矿柱的失稳,然后再向空区边缘顶板上部发展,最终导致顶板整体塌陷;(3)一、二步开挖后空区处于稳定状态,最后一步开挖后,采空区失稳.