矿山采空区空天地一体化精确探测系统

<正>矿山采空区空天地一体化精确探测系统是中国安全生产科学研究院(矿山采空区灾害防治应急管理部重点实验室)针对"采空区"灾害防治,综合卫星遥感、地表和井下无人机三维激光扫描与倾斜摄影、隐伏空区地表电磁地震波高精度探测和井下危险源超前探测等技术,全面系统建成的采空区灾害精确探测技术体系。十五以来,中国安科院通过自主研发和引进,形成一系列成套采空区灾害防治设备,其中,三     

基于C-ALS采空区探测及三维模型可视化研究

采空区三维激光扫系统(C-ALS)具有全自动扫描、操作方便、数据处理简单等特点,同时探测人员无须进入空区。所以结合河北某铁矿的实际工程地质条件,利用C-ALS对矿山的1#、2#采空区进行探测,了解其空区的形状、大小和位置,运用其自带的软件进行编辑与成图并建立三维模型。从而确定空区在矿山CAD图上的具体位置,为采空区的处理提供可靠的理论依据,从而确保作业工人和设备的安全。     

弓长岭露天铁矿采空区稳定性及预警研究

采空区对露天矿的安全生产具有极大的威胁。针对弓长岭露天矿众多已探明的采空区进行了稳定性分析。对露天矿日常的爆破作业进行了爆破测振,统计回归出萨道夫斯基经验公式参数,获得了爆破振动对空区产生的荷载。建立了采空区顶板三铰拱承载的力学模型,推导了空区顶板稳定性的判据。利用数值模拟方法,计算拱形空区在不同荷载作用下稳定性,对弓长岭露天铁矿已探明各空区进行了预警,为弓长岭露天矿处理空区及安全生产提供依据。     

复杂形态井巷工程三维激光扫描与MIDAS-FLAC3D耦合建模稳定性分析研究

受井巷工程空间形态的复杂性及探测技术的局限性影响,部分人员无法进入的复杂形态井巷工程的实际空间形态往往很难准确获得,复杂井巷工程的数值分析往往很难进行建模或建立模型与实际误差较大,而在此基础上进行的稳定性分析结果可靠性往往较差。采用三维激光扫描技术对复杂形态井巷工程进行三维激光点云扫描,基于点云数据运用MIDAS软件建立精确形态的复杂井巷工程模型,通过耦合技术建立最终可以在FLAC3D中进行运算并且与实际形态相一致的数值模型。最后以某矿山主溜井为工程实例,利用三维激光精确扫描技术获取该井巷工程的实际空间形态,在此基础上进行MIDAS与FLAC3D耦合方法的建模分析,对该复杂井巷工程的稳定状况进行了稳定性分析。     

综合物探技术在老空区水害防治中的应用

老空区水害是影响我国矿山安全生产的重大灾害之一,通过应用综合物探技术查清老空区的开采规模、开采位置、空间形态及冒落、积水等情况,结合钻探揭露的空区和矿体赋存情况进行对比验证,表明高密度电阻率法和瞬变电磁法对采空区的探测具有较好的探测效果,能有效地对采空区的含水性进行探测与评价,防止重大突水事故的发生,为后期进行的开拓工程提供可靠的依据。     

基于3D激光扫描技术的绕腰法采空区资源回收方法研究

针对大多数矿山采空区残留资源回收探测中存在人员、设备进入难,精度低、危险高等问题,我们通过采用三维激光扫描技术恰恰克服了以上困难。应用三维激光自动扫描新技术对采空区进行精密探测,能够安全准确地获取采空区的三维形态和矿石空间分布位置,再通过三维建模软件 Surpac 建立三维可视化实体模型,为回收残留矿石资源提供重要依据;最后通过应用绕腰法综合回收残留矿石,不仅能够减少采准工程量,并把采准与采矿工作很好地结合起来,而且达到了能够高效安全地回采采空区残留矿石目的。工程实例的成功应用,表明此方法在给矿山和国家带来良好的经济社会效益的同时,能够在同类矿山中推广应用。     

露天转地下开采对上覆构筑物安全影响分析

为在最大限度科学回收地下资源的前提下,保证地表构筑物安全,以国内某大型矿山为工程背景,采用空区监测系统(CMS)结合DIMINE/FLAC3D建模技术,构建露天转地下开采对地表构筑物影响分析三维可视化计算模型。通过数值计算与现场调查相结合的方法,对比分析露天转地下开采影响范围内的地表构筑物水平位移、倾斜、曲率、沉降。结果表明:数值计算获得的应力场和位移场结果,与矿山实测结果基本吻合。该矿山开采1 650 m阶段后监测点最大倾斜指标为9 mm/m,接近允许值上限,因此,其最大合理开采深度为1 650 m阶段。     

以三维激光扫描技术监测边坡的稳定性

通过三维激光扫描仪对露天矿山高陡边坡进行连续扫描,获取矿山边坡坐标信息,为边坡的监测提供可靠的动态数据。利用边坡表面位移可视化分析软件对数据进行分析,掌握边坡变形趋势,找出边坡表面位移变化原因,对边坡灾害预警具有重要意义。     

基于Blender的矿山虚拟现实快速构建与实现

为了实现矿山三维实体模型和虚拟现实的快速搭建与实现,分析了当前数字化矿山建模可移植性差、扩展性不灵活、开发难度大的缺陷 ,提出了一种矿山三维模型及虚拟现实体系的自动构建方法:基于Blender开源软件提供的建模平台,利用Python语言编写矿山实体的表达方法 与生成算法;利用矿山基础信息,实现了对矿山井巷、矿体等三维实体模型的自动、快速构建,并以矿山井巷工程、矿体以及地表模型等实体 模型的构建为例进行了演示;利用Blender脚本实现对三维实体模型的快速渲染,初步建立了矿山虚拟现实环境与仿真系统,并利用驱动内核实 现虚拟情景的演示。结果表明,该方法具有开发快捷、要求低等特点,为数字化矿山建设提供了一种新的思路。     

空区隐患爆破治理方案及延期时间的数值模拟分析

为了防止矿山空区引起地表塌陷造成建构（筑）物的破坏以及降低矿柱塌落振动对井下开采的威胁,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,优选爆破治理方案和延期时间。根据炮孔布置和爆破参数,建立实际比例数值模型;在岩石物理力学指标测试的基础上,确定模型材料参数;采用LS-DYNA数值模拟软件,对比分析方案优劣以及确定爆破延期时间。研究结果表明:在满足空区隐患爆破治理效果的前提下,同一节点处A方案质点振速峰值为0.923 9 m/s小于B方案质点振速峰值1.225 3 m/s;而且当延期时间为100 ms时,通过模型垂直方向的位移云图可知岩石的破坏范围最大,塌落区域更加分散。现场应用结果显示空区隐患治理工程爆破效果良好,形成了隔离缓冲层,可以保证露天和井下的安全。     

我国非煤矿山安全生产科技进展与科技需求分析

在我国所称非煤矿山是指除去煤矿之外的所有矿山，包括露天矿山、地下矿山和联合开采矿山。近年来，我国针对非煤矿山安全重大科技问题开展了一些研究工作，科技投入有较大幅度增加，开展的国家“十一五”重点支撑项目“非煤矿山典型灾害防治关键技术研究与示范工程”等取得了一些成果。但是，非煤矿山的重大和特别重大生产安全事故发生频率仍处于较高水平，安全生产形势依然严峻，很多非煤矿山重大技术难题仍没有得到解决，急需研究适应我国非煤矿山特点的尾矿库安全技术、采空区治理技术、深井开采安全技术、高风险气田开发安全技术、自然灾害次生衍生生产安全事故预防技术等。     

基于激光扫描和无人机倾斜摄影的露天采场安全监测应用

为解决露天采场安全监测中观测困难、效率低下等问题,结合引用三维激光扫描和无人机倾斜摄影等三维测量技术开展露天采场安全监测融合应用研究。通过应用研究表明:2类技术结合应用可实现露天采场生产环境信息完整三维数据采集;通过统一控制点坐标系和基于点云特征点的迭代最临近点配准算法（ICP）可有效融合2类点云数据,能构建高时效、高精度、高分辨率的采场三维点云模型;融合的三维模型能直观再现采场生产环境,多尺度精准监测安全隐患问题,有效辅助采场生产安全规划;该技术方案弥补了人工安全监测缺陷,提高了安全监测效率,可适用于矿山尾矿库、水电大坝等其他危险源安全监测应用。     

某山坡露天矿边坡稳定性的FLAC3D研究

某山坡露天矿,原设计的最终边坡角约为46°。为了探索最终边坡角的合理性,应用快速拉格朗日有限差分法FLAC3D在摩尔-库伦准则下搜索该岩质山坡露天边坡的潜在受拉区,判定其稳定性。结果表明:经济合理的最终边坡角是50°38';应用8 m长的锚索加固局部台阶可减小其潜在受拉区中的拉应力;并段将减小边坡的稳定性;爆破开挖时的同段最大装药量与爆距对边坡稳定性影响明显。该方法确定最终边坡角技术可行,它适用于研究岩质边坡的稳定性,克服了用极限平衡法研究边坡稳定性必须事先假定滑动面的弱点。     

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。     

露天矿山转地下开采隔离层安全厚度及采动稳定性研究*

为了合理确定隔离层厚度和保障矿山安全生产,以某铜矿露天转地下联合开采为工程背景,采用理论计算和FLAC3D数值模拟相结合的方法,探讨地下矿体回采过程对隔离层位移场、应力场的影响。研究结果表明:隔离层安全厚度的理论值为11.43～31.18 m,现有厚度为57 m,满足规范要求;地下矿体-100 m及-150 m中段回采引起的隔离层沉降主要发生在第一分层,最大值为21.7 mm;最大主应力表现为竖向压应力,其变化范围为7~10 MPa,最小主应力只出现在第一分层,为拉应力,其值最大为0.18 MPa,远小于岩体抗压、抗拉强度,隔离层整体上未发生破坏性的变形。研究结果可为类似条件矿山露天转地下联合开采预留隔离层设计及稳定性分析提供参考。     

贵州井下煤层爆破地震波特征及其影响

贵州省煤层赋存条件差,煤矿地质条件复杂。由于煤矿井下爆破采掘适应性强、初期投资小等特点,适应于地质条件复杂、断层多的源赋存复杂条件的中小型煤矿,因此目前贵州煤矿井下煤层采掘多采用爆破作业方式。但井下煤层爆破作业易引发煤尘、瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等矿山灾害,因此研究煤矿井下爆破规律及其对煤矿各方面安全的影响是十分必要和迫切的。通过比较选用小波包分析方法,对现场实验的井下煤层爆破地震波信号进行分析,得出其能量、频率等特征,并分析了其对前方煤体瓦斯抽放量及瓦斯压力的影响规律。     

基于LS-DYNA的交错扇形深孔崩落法排间间隔时间优化研究

为了同时解决"隐患资源高效回收"和"空区隐患安全治理"这对矛盾问题,提出交错扇形深孔崩落法;采用室内试验和数值模拟相结合的方法,根据交错扇形布孔形式建立数值计算模型,按照1#矿体岩石的物理力学指标确定模型材料参数,采用LS-DYNA动力仿真软件优选扇形排间间隔时间.研究结果表明:当采空一区排间间隔为100 ms时,岩石...     

全国非煤矿山总量情况统计分析及监管建议

为研究全国非煤矿山基本情况并为非煤矿山安全监管部门提供决策支撑,采用统计、对比分析等方法,以各地上报的2017年统计数据及历年安全生产年鉴为依据,对我国“十三五”期间非煤矿山总量、类型、分布以及“头顶库”、高边坡露天矿山等重点监管对象进行分析,并在此基础上提出强化重点对象精准监管、严格安全生产条件、严控建设项目准入、规范尾矿库闭库注销制度4点监管建议。分析汇总了截至2017年底我国非煤矿山总量情况的统计数据,可为非煤矿山行业的深入分析研究提供重要支撑。