矿山深部开采试验采场地压监测技术研究

某矿深部开采过程中面临着较大的地压灾害问题,为确保下部矿体安全高效的回采,对试验采场采用垂直束状深孔爆破方式进行回采,并对回采过程中的岩体应力和变形情况进行监测分析。数据分析结果有助于进一步掌握开采过程中的地压活动规律,为深部矿体安全高效开采设计提供依据。     

深部开采巷道围岩稳定性监测及分析

随着三山岛金矿开采深度不断增加,地应力增大、地温升高、涌水量和净水压力增大,巷道围岩的变形破坏日益严重,冒顶和片帮等突发工程事故发生几率增加,作业环境恶化和生产成本急剧增加等一系列问题突出。为了及时掌握深部巷道围岩的稳定性,在-555 m水平巷道布置3个断面收敛计、2个多点位移计、4个钻孔应力计,分别对巷道的表面位移、深部位移、围岩压力进行监测。通过采集和分析监测数据,及时准确地对巷道的围岩稳定性做出评价,为矿山的安全高效生产提供科学指导。     

矿山岩体破坏微震分异速率特征及预警研究

在矿山岩体破坏预警研究中,探究岩体损伤特征规律及给出具体预警参数值对保障矿山安全至关重要。本文以某金属矿山为例,基于微震监测技术建立地压监测系统,结合该矿山某次顶板大范围冒落事件,采用主成分分析法确定最佳统计时间窗口,对顶板冒落事件前后微震时空演化特征进行分析。分析表明微震事件密度云图中心位置与破坏位置相一致,在岩体破坏前微震数量有持续增多,达到峰值后又迅速下降的前兆信息。以微震数量方差表示微震分异程度,以此表征岩体受损程度,采用有限差分法得出微震事件分异速率指标,研究表明岩体破坏过程微震分异速率分为稳定分异阶段、加速分异阶段和岩体破坏3个阶段。稳定分异阶段分异速率呈正态分布,采用Gauss Amp函数对其进行拟合,最终得出置信度为0.99的将区间上限0.306确定为分异速率预警值。该研究为采用微震监测技术的矿山灾害预警系统建立提供理论基础,对矿山安全生产管理具有一定借鉴意义。     

基于微震监测技术的深部岩爆预警和断层突水监测

三山岛金矿直属矿区进入深部开采时出现岩爆现象,同时生产区域存在由于岩爆诱发的矿柱失稳和顶板冒落的危险,需要进行监测和预警。基于适合监测深部金矿安全开采的微震监测系统检测结果,研究基于微震监测的深部岩爆预警技术思路,分别研究了岩爆危险区域的预报、微震监测划分采场安全等级、断层突水的微震监测等内容。通过研究达到全面监控目标区域的岩石稳定状况和动态,实现了深部开采的监测和预警。     

凡口铅锌矿深部岩体声波测试研究

对凡口铅锌矿深部-650m、-600m、-550m、-500m 4个中段岩体进行声传播速度测试。准确地测得了声传播速度值，掌握了深部岩体的声传播速度特性。     

基于声发射监测的深部采场岩体稳定性分析

针对红透山铜矿岩爆、采场冒落等地压灾害频发现状,采用声发射监测技术对深部采场开采过程中的围岩稳定性进行了研究,着重分析了爆破开采后岩体恢复至稳定状态的时间和声发射空间分布特征.研究结果表明:爆破开采后,声发射数目突增至较高水平,随着时间的推移,逐渐下降;岩体恢复至稳定状态的时间和爆破距离呈线性关系;对于距离爆破作业较远的围岩(超过35m),声发射活动性在爆破后90 min内可以恢复较稳定状态;对于距离爆破作业较近的围岩(小于20m),声发射数恢复到稳定状态超过2 h;声发射定位事件主要在采场顶板和边墙集中,斜坡道内片帮现象比较严重.     

浅谈铜绿山铜铁矿深部开采的地压问题

简述了铜绿山铜铁矿目前及今后深部开采存在的地压问题,提出了解决这些问题的一些途径.     

深部开采煤岩体的软化临界深度研究

基于岩石与巷道围岩的破坏特征分析,提出研究围岩的破坏特征必须考虑围岩的弱面(地下水的作用等)特征,而不能将岩石的破坏特征直接取代围岩的破坏特征,采用相似模拟和数值模拟分析了不同力学特性围岩的软化临界荷载,得到了不同围岩在不同开采深度条件下的软化临界埋深值,研究结果表明:基本顶的软化临界深度在陈四楼煤矿的开采深度范围内没有出现,基本顶在这个开采深度范围内处于稳定性状态;直接顶的软化临界深度为800 m;煤层的软化临界深度小于500 m;直接底的软化临界深度大于1 000 m;基本底与基本顶的情况相同,在陈四楼煤矿的开采深度范围内不会出现临界软化状态,基本底围岩在这个开采深度范围内是稳定的。     

煤矿深部开采技术取得突破

国家自然科学基金委员会主持召开了国家自然科学基金重大项目“深部岩体力学基础研究与应用”验收会议。专家组评议认为,该项目取得了多项创新性成果,使煤矿深部开采获得了技术突破。一是系统研究了矿山开采的深部岩体力学问题．初步形成了深部岩体力学理论框架。二是系统研究了深部开采工程稳定性及灾害防治技术。     

某深井矿山地压灾害综合监测技术研究

以某深井矿山为研究对象,采用微震监测、压力-位移监测等多种手段对其开采过程中的动力灾害进行联合监测。通过对一定区域内微震信息的定量化处理及时间序列分析,探讨了岩体不同破坏阶段微地震活动的变化特征,同时结合局部工程的"应力-位移"监测信息,得到了由微震活动及压力耦合关系评价岩体稳定性的四种判别模式,建立了利用该方法预测采动灾害的一般流程。应用实践表明:该"判别模式"综合考虑了岩体破坏过程中的多元信息,避免了单种监测手段的局限性和偶然性,有效提高了采动灾害的预警精度。     

煤矿深部开采冲击地压监测解危关键技术研究

针对煤矿深部开采冲击地压监测防治难题,采用理论分析、数值模拟、室内试验和现场监测相结合的综合研究方法,研究了深部应变型、断层滑移型和坚硬顶板型三类冲击地压的致灾机理,提出了煤岩组合冲击能速度指数和卸围压冲击能速度指数两个新指标,建立了与冲击地压类型相适应的煤岩冲击倾向性评价体系,获得了深部开采三类冲击地压的前兆信息特征,给出了以深部开采冲击地压类型为导向的监测预警及组合式卸压解危方法,研发了钻孔施工与预警同步一体化技术。结果表明:① 深部应变型冲击地压是围岩系统能量积聚大于能量释放与耗散之和的结果;与浅部开采相比,深部坚硬顶板破断释放的变形能明显增大,以及深部断层更易发生错动滑移;② 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压的冲击倾向性评价需在国家标准基础上分别增加卸围压冲击能速度指数、煤岩组合冲击能速度指数,而对于深部断层滑移型冲击地压,这两个指标均需增加;③ 深部应变型和深部坚硬顶板型冲击地压监测预警应以能量和应力判据为主,但深部断层滑移型冲击地压应以能量判据为主;④ 深部应变型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部坚硬顶板型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、深孔断顶爆破、大直径钻孔、断底和煤层注水;深部断层型冲击地压解危方法优先顺序为开采保护层、大直径钻孔和煤层注水;⑤ 采用钻孔施工与预警同步一体化技术,可在钻孔施工过程中通过监测煤粉量和应力变化信息,对施工过程中可能发生的冲击危险进行同步预警。煤矿深部开采冲击地压防治作为一个复杂的系统工程,以科学分类为基础的系统防治技术体系仍是深部开采冲击地压需要重点攻关的研究方向。     

三道庄矿露天和地下岩体工程灾害监测预警应用实践

三道庄矿为典型的地下转露天开采矿山,经过前期几十年的地下无序开采,目前在露天台阶下方形成了大量极复杂地下采空区。针对采空区分布特征,建立了一套地下和露天联合监测的48通道微震监测系统。通过长期现场监测,确定了微震事件率、微震定位事件空间聚集度、微震b值、微震分形维值、能量指数-累计视体积和微震事件时间熵的六个微震预警参数及“三个数值四个趋势”的预警阀值。同时,对矿山典型的岩体工程灾害进行了监测预警分析,证明了该预警方法具有较强的适用性。建立的微震监测系统多次对地表台阶开裂、塌陷和井下冒顶片帮等进行了监测预警,保证了无地压灾害安全事故的发生,为矿山的安全生产提供了重要的技术保障。     

深部开采中的强扰动特性探讨

深部岩体具有高地应力、高地温、高渗压的独特赋存环境,其采动影响远较浅部复杂。通过将深部岩体的赋存环境和深部开采的扰动特征两方面相结合,系统分析了深部岩体开采中的强扰动特性。首先对扰动激励的动静组合特点进行了分析。根据深部开采中的应力变化路径,给出了不同深度类型下原岩应力状态以及扰动应力状态的分布区域,揭示了深部开采中应力变化更加复杂的必然性,并初步给出了考虑赋存深度、开采工艺、岩体重度、残余应力以及采动速度影响的岩体卸荷速率计算公式。根据深部开采中的动力扰动类型和波动传播规律,分析指出了深部岩体中的流体压力传播特征,揭示了深部动力扰动时间延长和扰动范围扩大的特点。然后基于扰动状态概念(DSC)对扰动影响水平进行了分析。通过对深部岩体能量蓄积、能量耗散以及释放规律的分析,定义了基于能量特征的扰动函数,可以籍此构建基于DSC的深部岩体统一本构模型,并定量描述深部岩体扰动的大小。最后定性描述了深部岩体开采中开挖扰动区的分布特点以及相应的应力应变状态,将其划分为原岩弹性区、开挖损伤区(EDZ)以及开挖破碎区,其中开挖损伤区又可分为峰前损伤区、塑性流变区、外部损伤区。并初步给出了开挖损伤区大小的计算公式,讨论了各项参数的意义及影响因素。研究表明,深部岩体的高应力状态以及复杂的多场多相耦合环境使其在更大范围内受到扰动的影响,EDZ的范围将显著增大,并表现出复杂的时空演化特征。利用扰动状态概念(DSC)建立的扰动函数,以及基于能量分析建立的开挖损伤区(EDZ)大小计算公式,可以定量刻画深部扰动的程度,分别反映了深部扰动激励增大和扰动影响增大的特点。     

基于岩体损伤模拟的露井联采边坡稳定性

岩体是具有初始几何损伤的多裂隙介质,露天和井工开采导致应力场发生改变,进而节理扩展,损伤增加,强度降低。根据Kawarnoto损伤张量概念、等效应变原理及断裂力学理论,对安太堡煤矿露井联采条件下的节理岩体损伤演化进行了模拟,得到了边坡岩体在露采与井采时损伤张量的时空分布演化特征。建议应用反映采动效应的损伤张量或截面损伤度作为岩体扰动参数,根据岩体质量分类RMR值,确定Hoek-Brown强度参数m和s,体现了岩体强度的各向异性和时空变化。应用到安太堡煤矿露井联采条件下的边坡稳定性分析中,安全系数为1.89~2.32,说明发生剪切破坏的可能性较小,边坡岩体的破坏主要由井工采空区坍塌引起。     

加固底板对深部软岩巷道两帮稳定性影响的数值分析

通过数值计算，研究了底板支护和注浆加固底板后深部软岩巷道两帮围岩的稳定性.计算结果表明，加固软弱底板后巷道两帮围岩变形量减小，尤其是巷道两帮下部围岩变形量减小幅度较大，两帮围岩塑性区范围和软化区范围缩小，两帮围岩主应力升高区范围缩小，主应力峰值区域更加靠近巷道周边.从而得出：加固软弱底板有利于提高深部软岩巷道两帮围岩稳定性.     

基于采动应力场与微震活动性的岩体稳定性分析

为了研究采矿活动中的应力场、微震活动规律与围岩稳定性之间的关系,依托石人沟铁矿工程实例,详细分析该矿15号勘探线附近区域地下空区形成及露天坑内排过程中围岩体内部微破裂的产生、聚集及演化规律。利用有限元软件ANSYS建立力学模型,模拟不同采矿活动中的应力场分布。然后通过对比同一时期应力场与微震事件分布状态揭示应力场与微震活动性之间的关系：应力状态的改变会诱发岩体内部微破裂（微震活动性）的产生,应力集中会引起微震事件的区域性聚集。结合现场岩体地质状况,发现高能量微震事件大量聚集的区域岩体破坏程度较周围区域更为严重,说明微震事件所释放的能量及事件密度是岩体内部破坏程度的真实反映,因而将它们作为岩体稳定性的评价指标是可行的。最后,基于对以上关系的认识,结合下阶段矿山应力场分布状况预测了石人沟铁矿可能会发生岩体失稳破坏和地质灾害的危险区域,并提出了相应的防治措施。     

深井冲击地压发生机理分析及预测方法研究

本文在总结深井冲击地压的特征和规律的基础上,对深井冲击地压的发生机理,如强度理论、冲击倾向性理论、刚度理论、能量理论、失稳理论等分别进行了分析,指出了上述各种理论的不足,结合淮北某矿顶板砂岩试验,提出了利用应变法和声发射法来预测深井冲击地压的发生,取得了较好的效果。     

基于微震监测技术在矿山民采定位中的应用研究

矿山民采活动带来大量的不明采空区,使得生产作业人员生命安全受到威胁,国家矿产资源严重浪费。微震监测技术是通过检测岩体破坏产生的弹性应力波来定位其发生的震源位置。民采活动是通过凿岩爆破的方式进行开采,因此就可以通过震源定位技术找到民采作业区域。研究结果表明微震监测技术能够很好的探明民采活动区域,在具有民采活动的矿山具有重大的应用价值。     

岩土体变形及稳定性耦合监测技术综合研究

随着人类对地下空间的开发,越来越多的大型地下工程被修建,因此对地下工程岩土体的稳定性监测变得尤为重要。文中详细介绍了传统单一监测方法在工程中的应用情况,针对传统单一监测方法在变形监测中捕获信息和反应问题的不足,提出采用多参数、多手段的几种耦合监测方法。耦合监测方法可以从多方位、多层次,立体空间角度反应岩土体实时动态变形过程。