复合法在露天矿边坡稳定性分析中的应用

边坡的稳定性问题关系到人们的生命安全,对其进行研究是非常有必要的。以白云鄂博铁矿的D区边坡稳定性分析为例,采用复合法进行研究,首先通过对其边坡进行现场节理的详细线测量绘制赤平投影图,来判断出可能发生破坏的位置;其次通过Sarma法进行平衡理论计算,稳定性系数结果为0．75;最后通过FLAC3D进行数值模拟计算,得出应力、应变云图,另对分析出可能破坏的两个位置进行剖面计算,计算后的稳定性系数结果分别为0．5、0．6。总之,边坡稳定性系数均小于1,可能发生失稳,需对其进行加固,保证矿山安全开采。     

缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律研究

为研究缓倾斜矿体崩落法开采地表移动规律,在程潮铁矿西区埋设监测点进行监测,并得到地表移动变形实测数据。本文通过FLAC三维数值模拟计算,对矿区水平开采引起的地表塌陷与错动机理进行系统研究,并对不同开采阶段的岩层移动特征进行分析。通过模拟计算后可得不同开采阶段典型部位岩体的移动角范围,其结果为预测不同开采阶段地表移动规律提供参考。     

程潮铁矿崩落法开采对上覆岩体变形的影响研究

针对程潮铁矿开展工程地质调查,采用离散元分析软件UDEC建立其二维地质剖面模型,在假设其上部水平矿房未开采的条件下,模拟了程潮铁矿无底柱分段崩落法开采-480 m、-500 m相邻分段的过程,研究单一分段及相邻分段开采导致的围岩“冒落带、导水裂隙带”的分布规律及范围,探索程潮铁矿单分段矿房开采时其上覆岩体形成的导水裂隙带高度范围y随采长x的变化函数,分析无底柱分段崩落法不同分段矿房开采对于上覆岩体变形及影响机理,为类似开采技术条件矿山安全生产提供参考。     

长倾向矿体连续回采对采场稳定性的影响

为研究沿倾向延伸较长但不属于深部开采的一类矿体在连续回采时对采场稳定性的影响,采用数值模拟方法对云南某磷矿的地下开采进行了计算,系统分析了采场顶板、矿柱的位移、应力及塑性区等特征在矿体连续回采过程中的变化规律.结果表明,开采深度越大,当前作业采场的顶板沉降越大,而且随着其回采结束,采场顶板位移并不会停止,而是会随着后续采场的开采继续增大直至全部采场作业结束,即采场顶板的位移具有累积效应;另外,随着采场逐渐下移,顶板和矿柱所承受的应力越来越大,塑性区分布范围亦呈扩大态势,表明按照浅部结构参数设置的采场在开采下部矿体时已不能完全满足稳定性和安全性的要求.因此,对于非深部开采但倾向延伸较长的矿体回采,在开采下部矿体时不能简单照搬浅部的采场结构参数进行作业,而应适当增大矿柱尺寸或减小矿房和矿柱间距,以保证采场的持续稳定及矿山生产安全.     

爆破动载对矿柱的破坏特征

调查了爆破动载对大厂铜坑锡矿地下分段空场法采场矿柱的破坏,掌握了爆破动载损害矿柱的特征,提出了保护矿柱的措施。     

基于接触带稳定性的回采顺序优化分析

为了确保无底柱分段崩落法和充填法接触带的稳定性,需要选择合理的充填法和2种采矿方法并存下的最优回采顺序。为此,将2种采矿方法接触带简化为简支梁加弹簧约束的力学模型进行切应力和挠度的计算,定量分析接触带的应力变形情况。同时利用数值模拟软件,选择程潮铁矿典型剖面进行模拟,在接触带设置系列监测点,通过主应变值评判回采顺序。模拟试验结果表明:上向水平分层充填法适合保安矿柱的开采。2种采矿方法作用下5种回采顺序的模拟比较,方案a的C5→B1→C4→B2→C3→B3→C2→C1回采顺序更利于2种采矿方法接触带的稳定,说明错开协调的回采方案更优。     

基于接触带稳定性的回采顺序优化分析北大核心CSCD

为了确保无底柱分段崩落法和充填法接触带的稳定性,需要选择合理的充填法和2种采矿方法并存下的最优回采顺序。为此,将2种采矿方法接触带简化为简支梁加弹簧约束的力学模型进行切应力和挠度的计算,定量分析接触带的应力变形情况。同时利用数值模拟软件,选择程潮铁矿典型剖面进行模拟,在接触带设置系列监测点,通过主应变值评判回采顺序。模拟试验结果表明:上向水平分层充填法适合保安矿柱的开采。2种采矿方法作用下5种回采顺序的模拟比较,方案a的C5→B1→C4→B2→C3→B3→C2→C1回采顺序更利于2种采矿方法接触带的稳定,说明错开协调的回采方案更优。     

海南省矿山固体废物重金属环境影响分析

通过对海南省矿山固体废物产生量的分析,明确了矿山固体废物的主要来源。以海南省某铁矿为例,对该铁矿矿石、铁精矿、尾矿进行重金属元素分析,对矿石中重金属元素含量进行平衡,得出铁矿开采过程中矿石中重金属具有向尾矿富集的趋势,对其产生的环境影响进行分析。同时,对其他可能产生重金属污染的开采矿种进行环境影响分析,提出相应的污染防治对策。     

高峰水库下采空区重大安全风险评估及治理对策

湖南柿竹园多金属矿老蛇形坪矿区闭坑后被高峰水库淹没,周边民采矿点超深越界偷采井下保水矿柱,形成了高峰水库下积水采空区透水隐患。为了保证临近矿区安全开采,消除采空区透水隐患,在三维流固耦合有限差分数值模拟的基础上,对53#关键采空区和18m隔水矿柱的稳定性进行了分析,采用事故树法排查了可能发生出突水事故的104种基本事件,分析了高峰水库重大安全隐患的风险等级,并提出了隐患治理对策,可为水下开采的矿山突水安全评估及治理提供参考。     

急倾斜矿体空场法开采的矿柱回收与卸压开采效果数值分析

矿柱回采方法不恰当,将致使大量矿柱残留采场而无法经济、安全地回收。为了解决上述问题,避免或消除深部开采产生的地压灾害,提出了间隔矿柱抽采法回采间柱,"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,采用FLAC3D数值模拟了矿柱回采及深部卸压开采的应力变化过程,将数值模拟结果与实际开挖进行了对比,并在此基础上评价了矿柱回收及卸压开采的效果。结果表明:间隔抽采矿柱后,1 010 m中段第一分层顶柱及其以下保留的矿柱不会发生冒落,但上盘局部千枚岩会因长期拉伸疲劳破坏而垮塌,为了避免采空区顶板长期暴露、垮落而造成出矿贫化,必须加快出矿;"V"型松动爆破并上盘底板松动爆破隔断开采,降低了910 m中段开采的应力集中程度,基本消除了910 m中段开采时发生岩爆的应力条件;回收过矿柱的相邻采空区的分隔间柱,其回采宽度不应超过1/2;相邻两采空区都间隔抽采间柱并卸压开采后,960 m中段基本实现了垮塌的千枚岩或残留矿柱充填采空区,从而消除了采空区隐患。     

考虑采空区压实效应的沿空掘巷煤柱设计方法研究*

为建立1种相对科学的沿空掘巷煤柱尺寸设计方法,采用理论与数值试验研究、现场试验等手段,基于采空区压实效应,分析各尺寸煤柱沿空掘巷掘采全过程围岩应力分布与变形。研究结果表明:采空区压实效应模拟研究方法能够模拟采空区应力恢复;掘巷过程中,煤柱内应力由小到大依次为:工作面倾向水平应力、工作面推进方向水平应力、垂直应力,在小尺寸煤柱内呈偏向采空区一侧的单峰分布,小尺寸煤柱逐渐向大尺寸煤柱过渡期间,内部应力量值开始比原岩应力小,随后逐渐增加至出现一定的应力集中,而实体煤帮中峰值应力不断降低,位置逐步向巷帮转移;受超前采动作用后,更大面积的煤柱会受高应力作用,大尺寸煤柱内垂直及水平应力集中系数逐步提高,工作面倾向的高应力区范围更广,当煤柱宽度不超过一定数值时,内部应力大小均低于掘巷过程中相应数值,大煤柱则具有相反的规律,实体煤帮中应力集中系数与掘巷时相比更大,峰值点向围岩深处进一步转移;研究结果通过工程实践检验,可为合理煤柱尺寸设计提供1种新的方法。     

A new coal pillars design method in order to enhance safety of the retreat mining in room and pillar mines

Most of the proposed methods for coal pillar design determine pillar dimensions using pillar load estimation only through the tributary area theory. Designing pillar based on these methods is not appropriate in room and pillar mines with pillar recovery because retreat mining and gob creation generate abutment loads. Neglecting abutment loads in design stage may lead to pillar failure and destructive effects during retreat mining. Thus proper pillar design has a remarkable effect on mining safety. In this paper, a step-by-step method is presented to design pillars with square shape in room and pillar mines with regard to existing pillars in the active mining zone (AMZ) and estimating abutment loads according to experimental equations. A decrease in pillar failure risk during retreat mining is the most significant benefit of this method. This method has been applied to determine optimum pillar dimensions in the main panel of Tabas Central Mine (TCM), located in the mid-eastern part of Iran. Obtained results show the abutment loads account for 27% of the total loads applied on pillars in AMZ in this panel. Pillar width, based on this method, is also obtained 11.6 m.     

考虑煤岩体成拱效应的工作面区段煤柱合理尺寸研究

为研究综采工作面面间煤柱留设宽度及加固范围,以陕西铜川玉华煤矿一采区为工程背景,首先建立采空区上覆岩土体自重荷载向煤柱传递的传力拱模型,通过求解传力拱模型,对采空区上覆岩土体荷载向煤柱的传递机理进行分析研究。再结合极限平衡理论与刚塑性理论,给出煤柱最小留设宽度与煤帮加固范围计算式。进一步对传力拱影响范围的各参数进行分析,结果表明:当开采宽度小于临界值,煤柱留设宽度随工作面埋深、工作面倾向长度增大而增大,随顶板材料黏聚力、内摩擦角的增大而减小;开采宽度超过临界值时,作用在煤柱上的荷载发生绕流现象。最后根据研究结果进行工程验证,巷道表面位移观测结果说明所设计的煤柱尺寸合理可靠。研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定具有参考意义。     

近距煤层无煤柱协调开采布局研究与应用*

为了解决老母矿近距煤层的开采难题,通过理论分析并利用FLAC 3D数值模拟软件进行模拟,分析出煤层前后推进150 m是最合理的步距，侧向采动支撑压力在15~50 m内存在影响。基于这些理论数据，确定回采巷道的合理位置,进而确定以内错距离范围为30~60 m的内错式布置方式布置巷道和无煤柱协调开采布局，并进行井下工程应用。最后把无煤柱协调开采布局与双巷掘进开采布局对比，得出无煤柱协调开采布局的先进性和优势，研究结果可为同类条件下的工程应用提供借鉴。     

走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术

针对走向工作面停采线与上山之间的护巷煤柱造成煤炭损失，支架回撤工艺复杂、巷道掘进量大等问题，提出走向工作面贯通上山与支架快速回撤技术。工作面贯通采区上山，利用上山回撤支架。在贯通前，利用压力拱模型分析剩余煤柱应力变化规律，并结合极限平衡区公式，确定让压煤柱为8 m；对贯通前基本顶合理断裂位置、让压调节机制、末采阶段采高进行了分析确定，并采取上山巷内补强支护及挂绳铺网措施。贯通上山后，首先利用支架对上山留巷，完成留巷后，利用上山回撤支架，先将上部端头3架逆时针旋转90°作为掩护架，在对剩余支架逐架回撤时，3个掩护架呈现台阶型。提出的技术取消了护巷煤柱及回撤通道，提高了煤炭采出率，减少了巷道掘进量，简化了回撤工艺。     

布尔台矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

为了探究布尔台煤矿回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面为例，采用单元法现场实测了工作面瓦斯涌出情况，并分析了其受开采强度、风量、煤层瓦斯含量、工作面来压变化、气候条件等相关参数的影响规律。研究结果表明:布尔台煤矿42201回采工作面的主要瓦斯涌出来源为煤壁和落煤瓦斯涌出；矿山压力显现和来压时，工作面绝对瓦斯涌出量有较为明显的异常变化；开采强度的变化趋势和上隅角瓦斯浓度异常变化的趋势是一致的；对比发现，地面大气压力对工作面瓦斯涌出的影响程度远小于开采强度。针对布尔台煤矿的特点，提出了“顶板定向长钻孔分段水力压裂强制放顶和联巷插管或煤柱大直径钻孔桥接采空区的瓦斯抽采相结合”的瓦斯治理措施。现场应用发现:42201工作面最高来压强度由59.1 MPa降低至48.0 MPa，上隅角瓦斯抽采量为2.70~3.79 m3/min，平均为3.25 m3/min，占总的瓦斯涌出量的比例为62.65%~69.16%。     

复采残采煤层小煤矿开采技术研究

平顶山市新华区为全国重点产煤县 (区 ) ,区内煤矿以乡镇小煤矿为主 ;小煤矿井田多位于平顶山煤业集团大型矿井浅部报废水平内 ,主要开采残留煤柱和采后剩余底部煤层。笔者根据新华区小煤矿生产的特点 ,总结、规范了复采残采煤层小煤矿井田开拓、采煤方法 ,重点研究了房柱式采煤法采准巷道布置和采煤工艺 ,特别是保持煤房稳定、提高采煤工作面安全生产的特殊支护问题 ;同时结合小煤矿生产中存在的主要问题 ,依据煤炭行业的法律、法规 ,提出了小煤矿采煤方法改进的技术措施。上述研究成果 ,对规范我国小煤矿的采煤方法、提高小煤矿的安全生产能力、推动小煤矿由数量型向质量效益型转化、发展地方经济都具有重要的现实意义。     

Prediction of the confidence interval for stability analysis of chain pillars in coal mines

The conventional deterministic approach based (DAB) methods are simple and widely used to determine an adequate chain pillar size in coal mines where geological settings, coal characterizations and mining methods have been explored. It is evident that such deterministic methods have some intrinsic limitations in handling uncertainties in material properties, non-regular geometries and different mining operations. In the deterministic stability analysis of a chain pillar, the safety factors as well as all input parameters are deterministic. Although, these parameters generally exhibit uncertainty and should lead to a probabilistic expression for the safety factor. The probabilistic analysis provides a confidence interval to express the reliability of chain pillars stability.In this paper, safety factor is defined as a probabilistic function and the failure probability of designed chain pillar of Tabas coal mine is then evaluated using the First Order Second Moment (FOSM) and the Advanced Second Moment (ASM) methods. The results of the probabilistic stability analysis show that the confidence interval for designed pillars with both mentioned methods applied are similar and their values vary from 84% to 88%. The results of such analyses can be used as a basis for decision-making about the size of chain pillars and reduce the risk of pillars stability as well as the uncertainties. However, a trade-off between cost is essential for making the final decision.