某矿采空区处理技术

观察了某矿采空区冒落过程,判断空区冒落线形态为拱形,利用拱形冒落原理,分析顶板围岩的受力状态,提出了采空区处理方法,限制了空区的有效暴露面积,对空区进行适时充填。     

大型采空区顶板冒落危害预测

某矿31-1#矿体采空区暴露面积6000 m2,高度达65 m,在其下部有一定矿量需要进行回采,空区一旦冒落,将对下部作业人员和设备造成巨大的危害。通过对采空区稳定性、冒落形式进行现场调查,并结合现场实际,建立了采空区顶板冒落危害预测模型,对空区顶板围岩大批量冒落和零星冒落进行了危害预测,并根据预测结果,提出了相应的预防措施。     

书记沟铁矿相邻空区诱导冒落技术研究

本文针对书记沟铁矿两个形状不规则的相邻中型采空区条件,在空区围岩可冒性分析的基础上,研究提出在散体垫层防护下、崩落两空区之间岩柱、将相邻两空区连为一体进行诱导冒落的采空区处理方案,与原强制崩落顶板围岩方案相比,不仅处理费用低,而且施工安全条件好,实施后取得了空区处理不影响生产、空区大冒落零事故的良好效果。     

梨树沟铁矿多空区残矿安全回采技术研究

梨树沟铁矿南部采区为倾斜中厚矿体,应用浅孔留矿法开采,因矿体倾角变化大,矿房开采高度不一,形成了多个大小不等的小型采空区,有的空区已经发生冒落,多数空区处于亚稳定状态,空区内部与周围存留大量残矿,同时空区冒落威胁了下部矿体的开采安全。在分析空区顶板矿岩临界冒落跨度的基础上,本着诱导空区围岩安全冒落和保持残矿回采工作面与空区隔离的原则,提出了先崩落空区内矿柱释放空区顶板冒落能,再用分段空区、崩落与诱导冒落相结合的方法回采残矿的技术方案。该方案实施半年多来,采准工程施工与回采的安全条件良好,有效控制了顶板围岩的冒落形式,实现了小型多空区残矿的安全回收与空区危害的协同治理。     

诱导冒落处理采空区技术适用条件分析

诱导冒落是通过拉底及辅助诱导工程,诱导顶板岩体冒落,具有效率高、成本低等优点,已逐渐应用于采空区处理。通过诱导冒落成功应用案例,并基于岩体基本质量分级和Mathews稳定图法分析了诱导冒落矿山的矿岩稳定性和空区可崩性,得出诱导冒落处理空区的适用条件:空区围岩稳定性级别为中等稳固及以下为宜,初始空区可通过进一步回采或者崩落空区间柱进行空区扩展,最终形成的空区在马修斯稳定图上的崩落概率要高于80%,且地表允许崩落。研究成果对完善空区处理体系,推广应用诱导冒落技术具有理论指导和借鉴意义。     

联合采矿法回采挂帮矿时采空区的临界冒落跨度研究

露天转地下过渡期挂帮矿开采方法有多种,其中联合开采是解决过渡期产量平衡的有效方法。使用联合采矿法会形成非连续的采空区,这些采空区将影响矿山的安全生产,因此,需要研究安全合理的空区处理方法,诱导冒落法是近几年兴起的一种新型空区处理方法,采用诱导冒落法时需要提前确定采空区的临界冒落跨度和散体垫层的安全厚度,文章结合某铁矿挂帮矿体的实际情况,首先利用解析法计算出空区的临界冒落跨度和散体垫层安全厚度,然后通过数值模拟对矿柱回采过程中空区顶板围岩的位移、应力进行分析,补充验证了采空区的临界冒落跨度,并证明了采用此方案处理采空区的可行性,对矿山的生产施工具有一定的指导意义。     

缓倾斜厚大矿体崩落法开采隐伏空区顶板冒落过程及机理研究

以程潮铁矿西区开采为工程背景,对无底柱分段崩落法开采过程中,隐伏采空区顶板的冒落过程及破坏形式进行了深入的研究。首先,通过钻孔闭合回路,对顶板冒落过程进行了实时监测,并结合井下开采过程对采空区顶板冒落过程进行了时空分析。然后,基于室内相似材料试验模拟,对隐伏空区顶板变形规律及破坏形式进行了研究,绘制了围岩变形矢量图。研究表明,程潮铁矿隐伏采空区顶板的冒落经历了缓慢冒落(冒落停止)→突然冒落→缓慢冒落(冒落停止)→突然冒落的过程,并与岩石质量及关键层密切相关。冒落带上方岩层往往发生"简支梁"型破坏,顶板发生拉破坏,而拱脚及两侧发生压剪破坏。本文的研究成果,初步揭示了缓倾斜厚大矿体崩落法开采过程中,隐伏采空区顶板的冒落机理,对崩落法开采矿山的安全生产有重要的工程意义。     

考虑采空区矸石非均匀充填影响的倾斜煤层沿空留巷稳定性分析

倾斜煤层开采后，由于采空区顶板冒落矸石在重力作用下向下运动堆积充填采空区，使得倾斜煤层沿空留巷矿压显现规律与水平煤层不尽相同。为研究倾斜煤层采空区矸石非均匀充填对沿空留巷围岩稳定性的影响，以四川龙门峡南煤矿3131运输巷为工程背景，对采空区垮落矸石充填分区长度进行量化，并采用双屈服模型反演得到采空区矸石分区压实特性参数；并以此为基础建立数值计算模型，重点研究了倾斜煤层沿空留巷全服务周期内围岩应力场环境和塑性区分布形态的演化特征，以及承载状态下巷旁充填体的应力状态和支护性能。研究结果表明：3131工作面采空区的充填压实区、完全充填区以及部分充填区的倾向长度分别为57.20、72.18、10.62 m；对于考虑采空区分区压实特性的倾斜煤层沿空留巷而言，其工作面前方支承压力和采空区残余支承压力沿煤层倾向随深度增加而增大；相比于一次采动，二次采动时工作面前方支承压力峰值和影响范围明显增大，侧向支承压力集中程度也明显提高；留巷阶段采空区垮落带矸石对巷道顶板岩层具有一定的支撑作用，侧向支承压力有明显的应力集中；受重复采动影响，两帮塑性区破坏范围发生顺层扩展现象，且巷道顶板与采空区顶板的塑性区相贯通...     

顶板崩落变形破坏过程的数值分析

采用数值方法建立三维计算模型,分11个步骤对采场开挖的全过程进行数值模拟,得到开挖后空区围岩的水平位移、竖向位移和塑性区分布情况,进而分析矿区顶板自然崩落规律的变形破坏情况。由于采场的开挖,导致岩体内部应力释放,围岩位移指向空区内部,水平位移最大处出现在采场采矿区的两侧边帮处,位移方向均指向采空区内部。随着开挖宽度的扩大,竖向位移呈圆弧曲线形式由采场顶板向岩体内部不断扩张。开挖过程中,空区顶板首先由剪切破坏导致岩体破裂下落,出现采场顶板冒落现象,采场采空区的顶板中央上部岩体随着顶板冒落不断往下变形,出现一定高度破坏区域的岩体。当采场开挖面积进一步扩大时,采场顶板上方的岩块将无法维持稳定状态,出现持续崩落现象。     

石人沟铁矿采空区分段充填治理方案研究与应用

石人沟铁矿开采M2矿体期间因下部民采空区突然冒透-210 m水平,形成埋深大、规模大、不规则且位于主要生产区域的M2主空区。空区形态三维探测结果表明,空区活动剧烈,顶板和周边围岩边界不断扩展,严重威胁了矿山安全生产。根据石人沟空区特征和生产现状,提出了4个区段的分段胶结充填治理方案,通过室内充填料浆在冒落散体中的渗流特性及散体胶结充填体的强度特性实验,确定了充填料浆的浓度为68%,底部充填区段料浆灰砂比为1∶4,-270 m～-165 m水平充填料浆灰砂比为1∶8,顶部充填灰砂比为1∶12的充填技术参数。并利用3DEC模拟了分段充填后顶部围岩冒落范围的变化情况,结果表明,充填能够有效控制空区顶板和周边围岩的冒落和扩展,至少要充填至-210 m水平,才能保证相邻矿体探采的安全性。经过2个阶段的充填后,空区的冒落活动明显降低,只存在-165 m水平以上的小范围零星冒落,空区充填效果显著。     

夏甸金矿深部矿体预切顶灾害隔离开采技术研究

针对夏甸金矿由于深部倾斜厚矿体上盘存在断层泥,导致现阶段使用的无底柱分段崩落法出现损失贫化率高和地表保护难等主要问题,结合矿山开采技术条件及矿山现状,提出预切顶灾害隔离开采试验方案。在采场中先回采上盘三角矿体,之后高浓度高灰砂比分级尾砂胶结充填采空区,隔离上盘稳定性差的断层泥灾害体。在矿块中先采矿柱,采用高强度胶结充填;后采矿房,采用低强度或水砂充填。试验结果表明：该方案能较好控制地压,降低损失贫化,提高生产能力,实现深部矿体安全、高效、经济开采目标。     

不同工况下挂帮矿回采诱发边坡失稳的数值模拟研究

为探究无底柱分段崩落法开采挂帮矿对露天边坡稳定性的影响,以湖北某铁矿挂帮矿开采为工程背景,分析边坡在不同边坡倾角、矿体倾角和矿体埋藏深度等条件下坡体内第一主应力演变过程和裂纹扩展过程。结果表明:随着边坡倾角、矿体埋藏深度增加,塌落的松散岩体体积逐渐增大;随着矿体倾角增大,塌落的松散岩体体积呈现为先增大后减小的趋势。矿体倾角和矿体埋深一定的条件下,边坡倾角大于40°时的采空区不能完全容纳松散岩体;边坡倾角和矿体埋深一定的条件下,矿体倾角小于30°时的采空区不能完全容纳松散岩体。     

弓长岭铁矿空场-崩落组合法采场安全防护技术

空场-崩落组合法在弓长岭铁矿薄矿体开采中得到大量应用,该法需要采取合理的技术措施,严防采空区围岩的冒落危害。通过分析空区冒落形式的影响因素与冒落危害的发生过程,提出根据持续冒落面积确定合理的空场出矿分段数,并使分段之间形成连续采空区的方法,控制围岩按零星冒落形式冒落;保持最下一层空场出矿分段的进路端部出矿口不敞空,防止冒落冲击危害。这2项措施有效地保障了空场-崩落组合法的安全开采条件,在弓长岭铁矿取得了良好的实用效果。     

上下盘开采顺序对断层煤柱采动应力的影响

回采巷道沿断层边界布置时,采用基本顶断裂岩块铰接平衡理论研究了先采断层上盘或先采断层下盘2种开采顺序下,工作面采空区基本顶荷载在断层两侧的传递规律和差异性;现场实测了2种条件下断层煤柱及相邻回采巷道的矿压显现特征。研究表明:断层上盘先行开采时,断层的载荷传递系数较大,上盘断层煤柱压力小,下盘煤体压力较大。断层下盘先行开采时,断层的载荷传递系数与断层角度有关,当断层角度较大时,下盘采空区覆岩载荷可以传递给断层上盘,下盘断层煤柱压力小,上盘断层煤体压力大;当断层角度较小时下盘覆岩载荷难以传递给断层上盘,下盘断层煤柱压力较大,上盘煤体压力相对较小。为此,断层上、下盘开采顺序不同时应留设不同的断层煤柱。     

Analysis of geomechanical changes in hanging wall caused by longwall multi top caving in coal mining

The method of sublevel coal extraction requires multi caving of the hanging wall layers, which are recompressed, and where each represent a hanging wall in sublevel stoping. Extensive stress and deformation changes in the surrounding area and in the mine represent a safety hazard for employees since the supporting system in the mine roadway could collapse. By accepting geomechanical principals in following caving processes in underground coal mining with the Velenje mining method in above ground acquisition, there are mutual connections made, between the geomechanical parameters of the occurring geological materials in connection with the intensity of coal mining. A numerical model, which allows for in-depth analyses of the geomechanical processes which occur in the hanging wall, the footwall, and in the coal seam during sublevel coal excavation, is broadly applicable and highly relevant for analyzing the intensity and the level of caving processes in sublevel coal mining, and for making realistic plans for coal excavation with worker safety in mind.     

挂帮矿崩落法开采顶板破坏规律及地表岩移数值模拟

崩落法开采时,顶板及围岩的崩落过程、岩层移动角的确定一直是国内外众多学者研究的重点。 以四川某矿山挂帮矿开采为工程背景,利用MIDAS/GTS软件模拟并分析了该挂帮矿崩落法开采时 顶板拉应力及塑性区变化规律。研究结果表明：老顶先于直接顶发生拉破坏。强制崩落顶板拉破 坏区后,顶板应力状况明显改善;老顶及直接顶拉应力的面积以及老顶拉破坏区的面积随直接顶 暴露面积增大而显著增大,而直接顶拉破坏区面积受暴露面积影响较小。并通过数值模拟法及工 程类比法综合确定岩层移动角。     

大断层下盘采动对上盘煤层影响的相似材料模拟

针对运河煤矿落差60~265 m的F₁₀逆断层下盘厚煤层开采实际,采用相似材料模拟方法,研究了大断层下盘采动对上盘煤层的影响。研究结果表明：下盘厚煤层开采后,F₁₀断层附近压力增大且应力分布受到较大影响,断层下盘压力远大于上盘压力,在断层附近产生应力集中;工作面开采对断层上盘煤层的变形和应力影响较小,煤岩性质不会发生大的变化,对上盘煤层开采影响不大;距离采动区域较远的DF₁₄断层区域也受到工作面开采轻微影响。     

跑马坪矿2350以上矿体开采对地表拦渣坝的影响

为了确保地表拦渣坝的稳定,采用离散元程序2D-BLOCK模拟地下矿体开采对地表拦渣坝的影响,计算了矿体开采过程中上覆岩层的冒落过程。通过模拟结果表明：岩层移动是一个自下而上传递的动态过程,只开采左1采场矿体不会影响到地表拦渣坝的安全;而将右2采场回采矿体后,上盘围岩发生大面积冒落,垮落至离地表40m左右时才不再冒落,但上部没有冒落的岩层仍有裂缝存在,说明将右2采场完全采空后极有可能会影响到上部拦渣坝的安全稳定,因此建议处在拦渣坝正下方的右2采场,回采过程中必须保留保安矿柱,这样地表拦渣坝的安全才能有保障。     

深部矿体开采对隔离矿柱及回填体的稳定性影响研

根据某矿山开采实际, 利用PFC^2D建立了崩落法和充填法开采深部矿体的数值模型, 分析了2种方法回采深部矿体对上部隔离矿柱及回填体稳定性的影响。结果表明, 崩落法回采时, 上部隔离矿柱发生了破坏, 上盘地表出现拉应力集中, 塌陷区回填体和围岩发生较大沉降;隔离矿柱破坏前, 回填体和围岩的应力和位移变化不大;隔离矿柱破坏后, 上下盘地表的水平拉应力随开采深度增加逐渐增大, 且隔离矿柱的水平应力发生显著跌落。充填法回采时, 隔离矿柱未出现整体破坏, 上下盘地表未出现明显塌陷, 上下盘地表和回填体的水平应力变化不大, 但塌陷废石和隔离矿柱的水平应力随矿体开采深度增加而增加。研究结果可为矿山塌陷区和采空区治理以及深部资源安全开采提供科学依据。     

露天转地下平稳过渡大量采矿技术研究

保障生产能力的平稳过渡是矿山露天转地下过程中的关键问题。阶段强制崩落采矿法与无底柱分段崩落法均为适宜于开采低品位大型矿体的高效率采矿方法。根据杏山铁矿挂帮矿、地下矿开采技术条件,提出了大参数无底柱分段崩落法、基于大直径深孔采矿的阶段空场连续崩落法的露天转地下联合开采方案。经过开采技术经济比较,阶段空场连续崩落法采用大矿块参数阶段开采方式,在强化开采、提高生产规模、降低开采成本等方面都具有优越性。