基于关键层理论的盐岩单井水溶溶腔覆岩垮落带的确定

本文分析提出了溶腔层状覆岩中关键层的破断影响着溶腔覆岩中垮落带的发育高度,基于关键层理论推导出确定盐岩单井水溶溶腔层状覆岩垮落带发育高度的方法和判据。选用弹性圆薄板理论建立了盐岩单井水溶开采溶腔覆岩关键层判别基本模型,推导出了岩溶单井水溶开采溶腔层状覆岩中关键层的确定方法;建立了溶腔层状覆岩中关键层悬露直径是否小于2a1是关键层是否发生破断的判据;根据关键层破断后形成的岩块之间的力学关系,推导了判断关键层发生破断情况下是形成断块铰合而不垮落,还是直接垮落的判据。     

金属矿开采节理演化诱发覆岩变形失稳机制研究

金属矿开采诱发覆岩变形是一个复杂的力学问题,在工程活动的扰动下,采空区围岩的原始应力状态将被打破,引起覆岩的应力重分布,从而达到新的应力平衡状态。当覆岩中存在一些软弱结构面时,这些软弱结构面将不断地发展、演化,并可能出现贯通,其对覆岩的变形和破坏具有明显的影响。针对节理条件这一变量,采用Udec二维离散元模型,分析了双岩桥模型和四岩桥模型中各岩桥破裂特征及机制,并对比了两组模型中顶板应力释放规律及特点。采用3组对比模型实验,分析了0°/90°,45°/45°,20°/70°节理条件下岩移特点及变形机制。基于数值模型,对镜儿泉矿区实际节理条件下的地表变形特征和沉陷范围进行了研究,模型结果与地表变形GPS监测结果具有很好的一致性。     

基于覆岩破坏传递的导水裂缝带发育高度研究

采动影响下覆岩破坏及导水裂缝带高度对于水体下采煤、保水采煤等具有重要意义。分析了采动影响下覆岩破坏传递过程,并将其划分为传递发育阶段和终止阶段;通过理论分析建立了上覆岩层悬空完整和悬伸稳定力学模型,提出以极限悬空距和极限悬伸距为判据用于判断每层岩层破坏情况,得出了计算导水裂缝带高度理论新方法,并通过工程实例与实测值进行了对比分析。结果表明,基于覆岩破坏传递模型的导水裂缝带发育高度计算方法预计的导水裂缝带高度（158.8 m）与实测结果（150~170 m）吻合较好,验证了该理论方法的可行性。     

利用钻孔确定采空区垮落带和导水裂隙带高度

通过对刘桥二矿452采区钻孔资料中的各项测试结果进行分析,探讨采空区煤层覆岩破坏情况,用钻孔确定垮落带及导水裂隙带的高度。     

基于量纲分析的非充分采动导水裂缝带高度预测

为准确预测非充分采动导水裂缝带高度,选取开采厚度M、煤层埋深H、工作面倾斜长度L、煤层倾角α、覆岩力学性质R、覆岩结构特征S为非充分采动导水裂缝带高度主要影响因素。采用量纲分析建立了导水裂缝带高度与M,H,L,α,S间的无量纲关系式。结合30组实测数据,采用多元回归得到无量纲关系式的最优函数关系式。选取2个非充分采动工作面导水裂缝带现场实例对预测模型进行了工程验证,预测模型预测结果与实测结果吻合良好,其相对误差分别为3.64%和2.93%,预测模型的预测精度可以满足煤矿安全生产现场需要。     

考虑覆岩结构影响的近松散层开采导水裂隙带发育高度预测模型研究——以淮北煤田为例

煤层采动后形成的顶板导水裂隙带是沟通顶板充水含水层的主要通道之一,同时也是顶板水害防治需要重点研究的关键问题。近年来,西部矿区已成为我国煤炭资源主要开采区,其主采侏罗系含煤地层与东部石炭-二叠系有着明显差异,并具有典型的孔隙度高、胶结程度差等特征,顶板采动导水裂隙的演化特征也与东部矿区具有较大差异,相关的研究尚未形成普适性成果。因此,本文选取典型的弱胶结地区——新疆哈密大南湖矿区为例,采用UDEC数值模拟、现场三维钻孔电视成像等方法,并结合“S-R”稳定理论,以垮落带高度为自变量,建立砌体梁承载强度与垮落带高度关系式,全面揭示该区煤层开采过程中顶板的采动破坏过程与演化特征,并以此为依据确定顶板导水裂隙带的发育高度。在此基础上,通过收集侏罗系同类型煤矿导水裂隙带高度的实测数据,采用回归分析方法,拟合并修正现有经验公式。研究表明：研究区顶板导水裂隙带发育高度的范围是60.07~62 m,裂采比为17.67~18.24,整体形态呈“梯台”型特征,结合邻矿现场实测对比证实了此次实测结果的可靠性;开采范围内导水裂隙带发育高度受垮落带高度增量、岩块回转角变化的影响呈现：“快速增加-缓慢增加-逐渐稳定”的发展与演化规律;验证计算结果表明,论文提出的回归公式预测精度一般在10.30% ~17.25%之间,相较于传统经验公式平均误差降低了51.84%,显著提高了导水裂隙带高度的预测精度。论文的相关研究成果可为新疆地区相似开采条件下顶板导水裂隙带发育高度计算提供理论依据。     

深埋特厚煤层综放开采覆岩破坏高度综合探查技术

彬长矿区受顶板巨厚白垩系洛河组含水层威胁严重,覆岩破坏高度是矿井水害防治最关键的参数之一。以往探查多采用地面钻孔或井下钻孔压水试验方法测试,确定的裂高采厚比在12～13倍,与矿井实际揭露资料不符。本次以彬长矿区大佛寺煤矿为试验矿井,采用地面钻孔漏失量观测、施工中孔内水位观测、钻孔窥视、地面水位长观、数值模拟等综合探查技术,并结合工作面涌水量分析,对工作面覆岩破坏高度进行综合探查和研究,获得了准确的探查结果和良好效果,裂高采厚比最大可达26.98倍。覆岩破坏高度综合探查技术可为相似条件下的探查方案设计提供借鉴。     

开采覆岩破坏工程地质力学模型实验研究

在对工程地质力学模型材料配比研究的基础上，以太平煤矿8301工作面近风化带开采为工程地质原型，建立了工程地质力学试验模型，模拟了不同开采方案的覆岩及松散层底部粘土层的变形破坏状况，为防水煤岩柱留设高度决策提供了依据。     

陡倾结构金属矿山岩移规律的模型试验研究

陡倾地质结构金属矿床大部分形成于构造断裂带,崩落法开采会产生显著的岩层移动现象。以湖北黄石的金山店铁矿典型地质剖面为基础,构建地质结构模型。通过缩尺物理模型试验,研究陡倾地质结构对崩落法采矿岩层移动的影响规律。研究结果表明,受陡倾地质结构的影响,采空区岩层移动可分为缓慢增长、快速增长与地表塌陷破坏3个阶段,其中上盘岩移范围远大于下盘,上盘以倾倒变形破坏为主,下盘以剪切滑移破坏为主;采空区顶板岩层一方面不断崩落填充采空区控制岩移,另一方面形成冒落拱,以拱脚抵制上下盘陡倾岩层朝向采空区移动;当顶板崩落至地表后冒落拱的支撑作用消失,近采空区的上盘岩层发生倾倒折断塌陷,下盘岩层发生剪切滑移塌陷。     

金属矿山隐伏矿找矿预测理论与方法

针对金属矿山隐伏矿找矿预测的特点和难点问题,简要介绍了矿床模式、成矿系列、成矿系统、多因复成成矿、地质异常理论等地质找矿预测的基本理论,以及模型找矿预测方法的内涵和发展趋势;重点介绍了物化探新技术新方法的性能特点和在隐伏矿找矿预测中的应用前景;对数学地质、地理信息系统、找矿技术方法的有效性定量评价等新技术新方法进行了扼要介绍。     

正交各向异性岩体中地下洞室稳定的粘弹-粘塑性三维有限元分析

建立了一种正交各向异性岩体的粘弹－粘塑性模型，推导和描述了相应的数值计算表达式和有限元分析的步骤，并使用所编制的三维有限元程序，以在层状岩体（横观各向同性介质）中的地下洞室开挖为算例，考察了围岩的流变动态，得出了几点结论。     

金属矿山隐伏矿找矿预测理论与方法

针对金属矿山隐伏矿找矿预测的特点和难点问题,简要介绍了矿床模式、成矿系列、成矿系统、多因复成成矿、地质异常理论等地质找矿预测的基本理论,以及模型找矿预测方法的内涵和发展趋势;重点介绍了物化探新技术新方法的性能特点和在隐伏矿找矿预测中的应用前景;对数学地质、地理信息系统、找矿技术方法的有效性定量评价等新技术新方法进行了扼要介绍。     

基于量纲分析的岩石相似材料抗压强度计算模型

物理相似模型试验是复杂、难采矿技术研究的有效手段,而岩石相似材料物理力学特性的研究是试验有效进行的前提。根据相似原理和岩石的力学特性,论证了岩石相似材料单轴抗压强度的力学代表性。统计并分析了影响岩石相似材料单轴抗压强度的一系列因素,基于量纲分析的方法构建了岩石相似材料单轴抗压强度与砂粒径、配比材料总量、充填材料（砂）用量、水用量、养护方式等重要因素间的无量纲计算模型,结合岩石相似材料配比试验得到了定量关系式。选取3组具有代表性的岩石相似材料配比试验对所建立的单轴抗压强度计算关系式进行验证,其计算结果与实验室实测结果相吻合,平均误差为4.20%,定量关系式在岩石相似材料参数的研究上具有一定的合理性。研究结果可以为相似材料物理力学参数的预测及岩土工程物理模型试验相似材料的高效选取提供参考。     

基于量纲分析的巷道围岩松动圈预测模型

为更合理地确定巷道围岩松动圈厚度,引入量纲分析理论,提出新的巷道围岩松动圈预测方法。选取岩石单轴抗压强度Rc、围岩节理系数F、围岩重度?、巷道埋深H、最大水平主应力?Hmax、巷道跨度B等物理量,应用量纲分析法构建巷道围岩松动圈厚度L与上述物理量间的无量纲关系式,其中L/H表征松动圈厚度L与巷道埋深H成正比,F表征巷道围岩的结构特征,?H/Rc、?Hmax/Rc 表征巷道围岩的力学特征,B/H表征巷道的几何特征。结合实测数据,推导了各无量纲量间的定量函数表达式,残差平方和为0.003 1,相关系数为0.937 9。选取3个矿山巷道围岩松动圈测试实例对所建立的松动圈预测模型进行验证,结果表明该方法计算结果与实测结果较吻合,平均相对误差为7.38%,能满足工程需要。     

铁路穿越盐矿采空区岩体稳定性有限元分析

沪汉蓉铁路通道下辛店镇至云梦间分别有3个主要线路预选方案,其中小取直方案和既有线改建方案的部分地段将位于大规模的盐溶空腔之上或近处的地表,盐溶空腔的时空效应有可能对线路其下地质体的稳定性产生不利的影响。为了正确地选择线路方案,应对所涉及的盐溶空腔区域的力学动态进行定量的研究。为此,笔者就小取直方案穿行的B52矿区、沿既有线改建方案穿行的B63矿区的典型剖面,对相应的岩体稳定性进行了二维及三维弹塑性有限元计算,得出了地层中的位移分布及塑性区,重点分析了盐溶空腔顶部地表及路堤的下沉,最后以铁道线路路堤的允许下沉值为控制指标,给出了可供决策的结论。     

Heavy metal geochemistry of the acid mine drainage discharged from the Hejiacun uranium mine in central Hunan,China

The acid mine drainage (AMD) discharged from the Hejiacun uranium mine in central Hunan (China) was sampled and analyzed using ICP-MS techniques. The analyzing results show that the AMD is characterized by the major ions Fe_Total, Mn, Al and Si, and is concentrated with heavy metals and metalloids including Cd, Co, Ni, Zn, U, Cu, Pb, Tl, V, Cr, Se, As and Sb. During the AMD flowing downstream, the dissolved heavy metals were removed from the AMD waters through adsorption onto and co-precipitation with metal-oxhydroxides coated on the streambed. Among these metals, Cd, Co, Ni, Zn, U, Cu, Pb and Tl are negatively correlated to pH values, and positively correlated to major ions Fe, Al, Si, Mn, Mg, Ca and K. The metals/metalloids V, Cr, Se, As and Sb are conservative in the AMD solution, and negatively-correlated to major ions Na, Ca and Mg. Due to the above different behaviors of these chemical elements, the pH-negatively related metals (PM) and the conservative metals (CM) are identified; the PM metals include Cd, Co, Ni, Zn, U, Cu, Pb and Tl, and the CM metals V, Cr, Se, As and Sb. Based on understanding the geochemistry of PM and CM metals in the AMD waters, a new equation: EXT = (Acidity + PM)/pH + CM × pH, is proposed to estimate and evaluate extent of heavy-metal pollution (EXT) of AMD. The evaluation results show that the AMD and surface waters of the mine area have high EXT values, and they could be the potential source of heavy-metal contamination of the surrounding environment. Therefore, it is suggested that both the AMD and surface waters should be treated before they are drained out of the mine district, for which the traditional dilution and neutralization methods can be applied to remove the PM metals from the AMD waters, and new techniques through reducing the pH value of the downstream AMD waters should be developed for removal of the CM metals.     

矿山开发过程中重金属污染研究综述

矿山固体废物和酸性废水已成为矿山资源开发的两大环境公害,与此产生的矿山重金属污染也成为人们关注的焦点。矿山重金属和类金属元素在人类改造过的环境中发生的活化、迁移和再分配,必然对矿山开发区和邻近区的地球化学平衡带来新的扰动。研究重金属元素在这种地球化学过程中的扰动与平衡,可以揭示污染元素的迁移循环、形态转化规律及其对生态环境的危害,对矿山重金属的污染治理、环境影响评价和生态修复具有重要的指导意义。