采动底板力学特征及其对回采巷道稳定性影响

应用理论分析、计算机模拟和现场实测,分析了采动底板应力传播规律及其对底板巷道稳定性影响规律。研究表明:煤壁前方应力增高区附近底板压应力分布呈现"球根"状,随着埋深的增加,垂直应力先增加后减小,剪应力浅部采场边界高度集中,是引起层状底板剪切滑移的根本原因。张集矿1113(1)工作面回采过程,活化了已回采稳定的两工作面层间似连续-非连续-散体结构,导致非连续结构的剪切滑移失稳,和散体冲破相互咬合摩擦力的移动,引起了1113(1)工作面轨道巷广距离失稳。相邻采区开采顺序由上下煤层间隔同采调整为上下煤层顺序开采后,巷道表面位移显著降低,技术经济效益显著。研究成果可为煤层群开采采区设计、底板巷道稳定性控制提供理论基础。     

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。     

基于尖点突变模型的采场顶板-矿柱稳定性分析

采场破坏失稳是一个不连续的非线性过程。为分析矿山采场的稳定性,在建立采场顶板-矿柱的简化力学模型的基础上,结合安徽某充填采矿法矿山的采场结构参数,运用尖点突变理论分析采场突变过程中的能量释放机理,构建采场破坏失稳的尖点突变模型,推导得出系统失稳的充要力学条件。结果表明:采场中矿柱的应变软化特性和刚度比是导致系统失稳的主要因素,而矿柱的突跳量仅与系统的内在特性有关。结合矿山实例,从必要条件和充分条件2个方面对采场进行稳定性分析,表明尖点突变理论合理可行。验证了采区设置盘区矿柱等安全措施的必要性。     

基于3DMINE-MIDAS-FLAC~(3D)耦合的残矿回采稳定性研究

残矿开采条件极为复杂,回采安全性差。为了保障残采安全,利用3DMINE,MIDAS/GTS,FLAC3D软件的耦合,对残采方案的稳定性进行数值模拟研究,根据残矿开挖后所形成空区的围岩位移、应力及塑性区状态判定回采危险区。选取某矿山浅部中段残采工程为例,研究结果表明:该矿山-47 m中段部分间柱采空区的帮壁和顶板因岩移过大、拉应力过大、拉伸塑性破坏或剪切塑性破坏,出现了11处危险区;顶柱采空区顶板因拉伸塑性破坏,出现了6处危险区。通过此3种软件的耦合可精细建立复杂的数值模型,提高数值模拟结果的合理性,危险区的判定有助于指导矿山残采过程中安全监测与支护措施的实施。     

浅孔留矿法开采急倾斜煤层的方法探讨

一、概述浅孔留矿法是金属、非金属地下矿山急倾斜薄和中厚矿体的常用采矿方法。这种采矿法的特点是工人直接在矿房中大暴露面下作业,采用浅孔爆破落矿,自下而上的分层回采,每次采下的矿石靠自重放出三分之一左右,其余暂留在矿房中做为继续作业的工作台。采场布置如下图。矿房全部回采完毕,暂留在矿房中的矿石进行大量放矿。然后用其它方法回采矿柱和处     

分区协同开采下矿柱力学响应与稳定性分析*

为解决某钒铁矿经多年开采后,由于钒铁矿矿区赋存条件变化导致开采相互制约、资源利用率低、矿柱积压矿量大以及井下采空区隐患大等问题,制定“保钒采铁、分区协同”的开采方案。通过矿柱强度理论对矿柱的强度和承受载荷进行计算,进而通过矿柱安全系数来判断矿柱的稳定性。通过FLAC3D软件对东、西区铁矿体进行数值模拟研究,通过对开挖后的位移云图、应力云图以及塑性区分布图来分析矿柱的稳定性。研究结果表明:针对某钒铁矿东、西区提出的嗣后膏体微胶结充填法及中区提出的分段空场法转分段崩落采矿法可提高矿柱的稳定性。     

应用岩体声发射技术监测采场顶板稳定性的研究

该矿南矿带自1992年采用上向水平分层进路式充填法开采以来,由于采场顶板的矿岩裸露,易发生冒顶事故,为了寻求对顶板的监测预报的手段,1994年冶金工业部安全环保研究院和我矿共同开展岩体声发射技术应用研究。在此基础上,我矿利用YSS型岩体声发射监测仪对南矿带上向采场的岩体声发射参数进行监测收集、整理分析,并结合现场情况判断采场顶板的稳定性,对有冒落可能的作出预报,进而采取措施避免事故发生。     

新桥硫铁矿机械化采场结构参数优化研究

针对新桥硫铁矿深部矿体的开采条件和矿体的特征,利用三维有限元分析软件ANSYS数值模拟分析方法,对地下深部采场结构参数进行了优化研究,并对模拟结果进行了详细分析,最终确定了合理的矿房跨度、间柱宽度等参数,可有效地防止地压灾害和提高生产效率,保证生产安全进行,具有良好的经济效益和社会效益.     

应用岩体声发射技术监测采场顶板稳定性的研究

该矿南矿带自１９９２年采用上向水平分层进路式充填法开采以来,由于采场顶板的矿岩裸露,易发生冒顶事故,为了寻求对顶板的监测预报的手段,１９９４年冶金工业部安全环保研究院和我矿共同开展岩体声发射技术应用研究,在此基础上,我矿利用ＹＳＳ型岩体声发射监测仪对南矿带上向采场的岩体声发射参数进行监测收集,整理分析,并结合现场情况判断采场顶板的稳定性,对有冒落可能的作出预报,进而采取措施避免事故发生。     

"11.6"特别重大坍塌事故矿区采场稳定性三维数值模拟分析

本文采用岩土力学数值计算有限差分方法,建立了"11.6"矿难塌陷区采场的三维数学模型,反演了该采区的开采历史和围岩破坏、围岩应力分布、地表沉陷、监测点位移变化等情况,从力学角度阐述本次事故发生发展的过程,对地下采场的安全稳定性给出了客观的评价.为事故处理责任的认定和避免同类事故的发生提出了参考性意见.     

采场作业环境安全灰色评价及应用

作业环境研究是人机工程学的一个重要方面，作业环境质量的好坏直接影响作业的效率，同时还关系到作业人员的人身健康与安全。在采场作业环境下，作业人员在一个受限的空间范围内作业，作业环境的安全问题成为影响作业人员人身健康甚至生命安全的重要方面，科学合理地评价其安全状况对改善室内环境安全具有重要意义。由于影响采场作业环境安全状况的因素复杂，这些因素具有模糊性、不确定性，具有典型的灰色特征，本文运用灰色理论的灰色关联分析对采场作业环境的安全状况进行综合评价，并用实例分析进行说明，从而为管理者提供辅助决策，实现采场作业环境的安全、高效。     

采场低压通风控制有害气体涌出量新技术的研究与应用

基于空气动力学观点,将回采工作面与其后相随的采空区分成两大组成部分:一部分称为通风空间,其风流是有组织的,另一部分称为漏风空间,其风流是非组织性的。两空间相互敞开,又紧紧相邻、存在着密切的风流联系。当开采工作面上、下两端存在着风压差,就可以带动相邻的采空区陷落岩石的孔隙与裂隙中的气体流动,构成采空区中、深部区域的漏风源、汇。笔者提出的采场低压通风系统,采用砌隔漏风墙的方法,切断两空间联系。经现场井下多年应用实践研究后表明,其对于开采瓦斯含量大、煤与瓦斯突出严重的复杂煤层的矿井,尤其是对采空区瓦斯及有害气体涌出量大、且无条件进行瓦斯抽放的回采工作面,能有效地抑制和减少采场瓦斯和有害气体涌出量,且措施费用很低,很值得推广应用。     

采场整体稳定性可靠度分析与风险预测

为研究金川二矿区采场整体围岩的稳定性,采用数值模拟方法研究影响采场整体围岩的稳定性的13个因素之间的关系。采取最小二乘法对试验结果进行多元线性回归,获得4个评价指标函数。利用可靠度理论进行采场稳定性可靠度分析和失稳风险预测,获得采场围岩的能量释放率(ERR)、地表沉降率(SDR)、采场围岩和充填体收敛率(DCR)和平均屈服率(AFR)4个评价指标,对应的失稳风险分别为7.5%,0.78%,3.02%和0.32%。采用4个评价指标的串联模式系统综合分析采场围岩整体稳定性,计算出采场整体失稳风险概率为11.28%,表明采场整体存在失稳风险,需要进一步监测岩体移动。     

倾斜采空场的空场处理机理分析

在变荷载的条件下 ,推导了倾斜采空场的空场处理前、后正应力的分布。求解了切槽放顶的最佳位置。结果表明 ,倾角为 4 0°,标高为 971.5 m是切槽放顶的最佳位置。松散体接顶后 ,下部水平荷载降低 ,钢砼隔离墙较深部水平承受压力增加 ,顶板应力向三维状态变化 ,有利于安全采矿     

Numerical simulation study of dust concentration distribution regularity in cavern stope

Based on the theory of gas-solid two-phase flow and the characteristics of cavern stope a model of dust migration was established. The dust concentration changing of cavern stope by ventilation in 20 min after blasting and the dust trajectory in different wind speed were simulated by Fluent Software. The results show that distribution of dust concentration is significantly affected by flow field of airway in cavern, and the dust concentration of inlet is higher than that of outlet and the highest one on the corner of inlet’s side. In the stope, the smaller the wind speed of inlet is, the shorter of dust can be captured, settled and discharged, the more obviously affected by the trajectory of gas flow field. It goes into the stage of clean cycle emissions after 60 s, the speed of dust concentration dropped is the biggest between 0 s and 70 s, the main dust in stope is respirable dust after 70 s, it needs much time to settlement.According to the measured data of metal mining, approximately 87% of dust was generated during the drilling and blasting in the mine (Wang, 1979). A lot of dust with high concentrations was produced during the cavern stope blasting and it was difficult to be discharged. It can help choose the right speed to rule out the dust quickly which produced during cavern blasting, if the dust concentration distribution and the dust migration law of different inlet velocity in the cavern can be verified, what’s more, the labor productivity can be increased. It has great significance for choosing reasonable ventilation parameters, reducing dust hazards of stope to researching the dust concentration distribution regularity in the stope.     

基于在线监测系统的金属矿山采场爆破粉尘浓度分布规律研究

为了探究爆破粉尘浓度及有毒有害气体分布规律，以粉尘浓度传感器、CO检测仪为主要设备设计并搭建尘烟在线监测系统。设计并制作移动式观测台车，用于解决梅山铁矿无底柱分段崩落采矿法地下难以人工采集数据的难题。现场试验表明:在起爆后的1.5 h内，采场内粉尘浓度先增高后降低，如此循环若干次，但每次的峰值依次减小；采场内CO浓度短时间内上升到最大值，为2 227.3×10-6，之后CO浓度逐步降低，但均都在24×10-6以上。可采用多组份水炮泥源头降尘措施，配以通风排尘，使尘烟浓度降到规程许可浓度范围内。     

掘进工作面复杂环境因素与人因伤亡事故的关联度分析

为探究煤矿掘进工作面的温度、湿度、噪声、照度、粉尘等环境因素对人因伤亡事故发生的影响,进一步明确不同类型的人因伤亡事故与各环境因素之间的关系,针对人因伤亡事故的发生与各环境因素之间不具有确定的线性关系,而是具有灰色系统的特点,运用灰色关联分析方法建立了不同类型人因伤亡事故与环境因素之间的灰色关系模型,分析了掘进工作面不同类型的人因伤亡事故与各环境因素之间关联程度的大小。结果表明,在煤矿掘进工作面的温度、湿度、噪声、照度、粉尘5个环境因素中,温度是影响掘进工作面人因伤亡事故的最主要因素,其次是光照,再次是温度。     

高窄型充填采场内的拱效应及应力分布状态研究

以地下矿山充填采场为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,对高 窄型垂直和倾斜充填采场内的拱效应及应力分布状态进行了研究。研究结果表明:实例 中高窄型采场内充填体的自重应力为1.06 MPa,经拱效应转移后,底板处的垂直应力仅 为0.35 MPa ;改进的马斯顿理论计算倾角小于80°的充填采场应力分布情况时结果偏 大;采场倾角越大,高窄型充填体内拱效应越明显,靠近围岩两帮处的应力值也越大, 而采场中线处的水平应力几乎不受影响。对高窄型采场内充填体的目标强度进行设计时 ,应考虑拱效应对其自重应力的转移作用,以降低相关经济技术指标。     

某铅锌矿采空区处理与卸压开采方案研究

900m水平似上采空区回收矿柱及900 m水平以下的巷道掘进或矿房开采时经常发生岩爆.为了安全、经济地回收矿柱并实施深部开采,在数值分析的基础上,提出了一种急倾斜矿体的采空区处理与卸压开采方法,并用ANSYS数值模拟确定了采空区处理及卸压开采的施工参数.结果表明,在下盘脉外巷道离采空区边缘的水平距离为10 m时,上盘脉外巷道离采空区边缘的水平距离取20m;在巷道底板隔断开采的深度不超过20m;必须从上、下盘脉外巷道同时向采空区围岩实施V型松动爆破;可只在上盘巷道底板进行隔断开采.该采空区处理与卸压开采方法技术可行、经济合理、简便适用.当地表允许岩体移动时这种新方法适合急倾斜、厚度大矿体的采空区处理与卸压开采;如果地表不许可岩体移动,使用这种新方法是不合适的.该采空区处理与卸压开采方法是一种采空区处理的联合法.它能够用工程爆破这一种手段实现采空区处理、应力向有利于安全生产的方向转移等多种目的.