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。     

采矿环境再造人工结构稳定性远程自动监测

在新疆喀拉通克铜镍矿开展"开采环境再造深孔诱导崩矿充填采矿法"工业试验的过程中,将传感器预埋到人工结构中,构建了远程自动监测系统,根据监测数据分析了人工结构在矿体回采过程中的稳定性。结果表明:传感器位置的选择应结合采矿工程的特点,对人工结构进行受力情况分析后,将其布置在关键部位;进路内各测点的应力变化总体趋势是压应力逐步向拉应力的方向发展,但随采矿扰动减小,各应力状态趋于平稳,其中最大拉应力为0.83 MPa,小于C20混凝土的抗拉强度1.1 MPa,安全系数为1.32,且进路内布置的钢筋网可进一步提高抗拉强度,保障其结构稳定性;进路内各测点的位移不同程度地出现增大的趋势,随采矿扰动减小,各测点的位移发展很缓慢,测点中最大位移量达到44.1 mm,但在319 d之后此点位移变化很小,变形速率由0.103 5 mm/d降至0.010 7 mm/d,趋于稳定的状态,现场生产中应加强对此点的长期监测和控制其稳定性,保证安全生产。     

水改气海底管道输送高压天然气可行性研究

为了满足油气输送需求,现将一输水管线改输高压天然气,需对该管线改输的可行性进行研究论证,通过ANSYS建模分析得到腐蚀缺陷处在475MPa高压下所受到的最大等效应力小于管道的设计抗力2736MPa,满足安全标准。利用OLGA模拟出管道输送高压天然气时的压力和温度曲线满足实际工况要求,OLGA模拟出的预测腐蚀速率最大处为004mm/y,对管道的剩余寿命影响较小。应用DNV腐蚀因素失效概率模型计算得到该管道的失效概率小于15×10-3,安全等级介于“一般”和“很高”之间。经研究论证得该管道改输高压天然     

空区处理与残矿回采对围岩及地表影响的数值模拟分析

为了提高矿山企业开采的生产效益及确保施工中设备人员的生命财产安全,采用现场声波测试试验与室内物理力学试验得出的力学参数,应用FLAC3D数值模拟软件,在空区顶板-矿柱体系简化为弹性矩形薄板-H-K体流变力学模型的基础上,分析空区处理与残矿回采对围岩及地表的影响规律。结果表明:矿区三中段充填回采过程中压应力最大值出现在Ⅲ-10开采之后,右帮壁形成了9. 8 MPa的压应力集中区;拉应力区域主要存在于充填体内,且大部分拉应力超过了充填体抗拉强度幅值0. 12 MPa;地表移动带范围内垂直方向位移保持在0～1 mm。实际施工中应采取加强充填体强度达0. 27 MPa以上或保留部分矿体支撑顶板等措施确保回采安全。     

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.     

新建草莓沟2号隧道近接下穿既有隧道施工安全影响分析*

为探明新建草莓沟2号隧道近接下穿施工对既有盘道岭隧道整体结构的安全影响,基于Peck公式和温克尔弹性地基梁理论建立数值模型,对既有隧道受下穿施工影响的变形沉降和应力增量变化进行研究。结果表明:既有隧道结构在下穿隧道施工的影响下产生竖向和横向位移,且横向位移变形较竖向更为明显,结构的最大沉降量为1.33 mm,远小于沉降控制阈值6.35 mm;下穿隧道施工过程中既有隧道中断面衬砌存在纵向拉应力增量与横向压应力增量,最大的拉应力增量为0.86 MPa,远小于拉应力控制阈值1 MPa;最大的压应力增量为0.5 MPa,远小于控制阈值5 MPa;结构沉降变形和应力增量均小于工程的控制标准,上部既有盘道岭隧道结构安全稳定。所用研究方法和技术方案可为近接下穿隧道的安全施工提供借鉴。     

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     

非对称开采条件下工作面“多向应力”变化特征研究

在非对称开采条件下,工作面受上覆岩层自重应力、超前支承应力、采空区侧向支承应力和回风巷煤柱应力等“多向应力”叠加影响,使得工作面应力呈“非对称”性。为研究非对称开采条件下工作面“多向应力”变化特征,基于微震监测、应力在线监测和理论计算,对母杜柴登煤矿30202工作面回采过程中所形成的非对称开采条件下的应力变化进行分析;并基于工作面所受应力条件和围岩体结构条件,分析了“多向应力”叠加显现机理。结果表明:30202工作面回采期间,煤柱支承应力沿走向分为应力升高区、应力明显降低区、应力缓慢降低区和应力稳定区,其应力峰值主要集中在工作面前方40 m左右,应力集中系数平均为1.61;在非对称开采阶段,在走向方向工作面超前支承应力影响范围较回采初期增加了100 m左右;在不考虑垂直应力影响的情况下,相邻工作面采空区的侧向应力对30202工作面倾向方向的影响范围为44 m,应力最大值为56.1 MPa。在“多向应力”耦合作用下工作面在回采过程中产生能量集聚,并在采动扰动下发生能量释放,满足了大能量事件发生的基本应力条件;同时在扰动条件下采空区发生高位顶板错动,以及围岩支护薄弱为大能量事件的发生提供了围岩结构条件。研究结果可为工作面非对称开采条件下采场矿压显现规律研究、顶板控制和巷道支护设计提供指导。     

广三高速公路扩建工程中桩承式加筋路堤的现场试验

结合广三高速公路扩建工程,对素混凝土桩和PHC管桩桩承式加筋路堤工作性状开展现场试验调查,在路堤填筑中以及填筑完成后对路基沉降、孔隙水压力以及深部水平位移进行监测和分析,试验结果表明:当软土厚度小于18m时,采用桩径为50cm的C15素混凝土桩,打穿软土层,桩中心间距1.8 -2.0m,平面呈三角形布置,桩帽采用C30混凝土浇筑成尺寸为1m×1m×0.4m的面板,拓宽路基孔隙水压力变化与填土高度和桩的龄期有关,路基工后沉降得到了有效控制;当软土厚度超过18m时,采用桩径为30cm,桩壁厚7cm的PHC管桩,按照桩中心间距2.5-3.0m间距呈正方形布置,桩帽采用设置双层钢筋的C30混凝土浇筑成尺寸为1.5m×1.5m ×0.4m的面板,路堤填筑完成后预压期内路基孔隙水压力基本未发生变化,路基几乎未发生侧向位移,路基剩余沉降很小,可以节省预压时间,尽早开展路面结构层施工,开放交通.     

上保护层开采对下部特厚煤层移动变形规律及保护效果考察研究

选取海石湾煤矿特厚煤层6124工作面为研究对象,为了确定上保护层开采对下部特厚煤层6124工作面的影响,运用FLAC3D软件对上保护层开采后被保护层应力和位移变化规律进行了数值模拟研究。研究结果表明:被保护层被保护区域位移沿垂直方向呈“拱形”分布,被保护层最大位移变化量为354 mm,变化范围在160～354 mm之间;被保护层被保护区域的应力变化呈“V”形分布,被保护层最大拉应力变化量为0.489 MPa,变化范围在0.314～0.489 MPa之间,最大压应力变化量为31.3 MPa,变化范围在25.8～31.3 MPa之间;实施上保护层开采后,煤层瓦斯抽采率提高了39.5%,残余瓦斯含量降到7.16 m3/t,残余瓦斯压力降到0.58 MPa,该参数的确定为海石湾煤矿特厚高瓦斯煤层的合理开采提供了一定的理论指导。     

深部采场进路开采顶板稳定性分析与支护设计

为降低深部矿体开采中冒顶事故的发生概率，确保井下安全开采，采用Q系统分级法、RMR岩体分类和BQ分级法对矿区岩体进行质量评价，结合块体理论和三维有限元分析进路开挖后顶板的稳定性。研究表明:部分岩体在进路开挖后顶板处出现较大拉应力集中，抗拉稳定性降低，极有可能出现冒顶事故。针对这类不稳定岩体，提出永久巷道采用锚喷支护，临时巷道采用锚杆穿带支护；并运用悬吊理论、组合梁理论、屈服强度理论和安全系数法分析支护条件下进路顶板的稳定性，优化支护结构参数。通过振弦式锚杆应力计收集现场未支护巷道与支护巷道轴向力，得出该支护设计对开挖后岩体变形起到了明显改善作用。     

浅埋煤层长壁工作面矿压显现规律现场监测研究

浅埋条件下的煤层开采,受上覆岩层移动影响而呈现与深埋煤层明显不同的特征.本文以神府矿区某矿1301工作面矿压观测为工程背景依托,应用“三量法”对工作面矿压显现规律进行研究,以工作面三个测区支架荷载和活柱下缩量为重点分析.研究表明:该工作面来压动载系数为1.5 -1.6,来压期间支架压力比平时大1- 13MPa;初次来压持续时间长,初次来压步距在55.9-56.3m,三个测区的周期来压步距为14.6 - 17.6m;且三个测区观测表明:中测区由于受工作面两侧煤壁影响较小,矿压显现程度同上下测区比较明显.     

Stability and deformation of surrounding rock in pillarless gob-side entry retaining

We analyzed the stability of the retained gob-side entry in four different Chinese coal mining sites and evaluated the influencing factors of roadway deformation such as mining depth, support strength and area of gob-side hanging roof. It was found that the length of cantilever roof block above roadway has a major impact on the deformation, whereas the impact of mining depth is minor if the depth is less than 500 m. Minimum support resistance of 0.3 MPa is essential to effectively confine the deformation of a retained roadway. We performed physical experiments to further study the features of roof fracturing and their impact on roadway deformation under three typical immediate roof conditions, i.e., thick-immediate roof, thin-immediate roof and non-immediate roof. In addition, equations to calculate desired support resistance of filled gob-side wall were derived based on superimposed continuous laminate model. The results provide valuable theoretical and practical guidance for implementing pillarless gob-side entry retaining in engineering practices.     

同忻井田地应力测量与回采巷道稳定性研究

为保证同忻煤矿安全、高效开采,采用应力解除法对大同矿区同忻井田3-5#煤层的地应力场进行了测量,结合理论分析、数值模拟与现场监测,分析了在该类型应力场中不同巷道布置方向与巷道围岩稳定性之间的关系。测得同忻井田最大主应力为20.42 MPa,方位角为245.18°,确定了同忻井田地应力场属于σHv型。理论计算和数值模拟的结果表明,有利于回采巷道稳定性的布置方向为与最大水平主应力方向成30°,并采用巷道顶板离层监测仪对其进行了验证。     

三硬条件下孤岛区域大直径钻孔防冲方案优化

忻州窑矿是典型的冲击地压矿井,为确保忻州窑矿8939三硬条件孤岛工作面安全高效回采,采用理论计算的方法,得出在该地质条件下卸压钻孔参数的合理范围,并采用数值模拟方法对理论计算得出的参数范围进行深入研究,得出适合该地质条件下的大直径卸压钻孔优化方案。采用KBD5电磁辐射仪对卸压效果进行了检验,结果表明,经过优化,煤体内电磁辐射强度较原卸压方案降低了15.7%,累计脉冲数降低了16.6%。方案优化后不但提升了卸压效果,而且节省了约690个钻孔和30%的工作量。     

巷道顶板三维板梁结构的传力机制研究

为了揭示巷道开挖前后,巷道顶板三维板梁结构内应力场的演化规律,通过建立层状岩层的承载传力力学模型,研究了层间结构面和层状岩体变形对承载和传递应力的扰动作用,提出了层间结构面和层状岩体承载传力的能量分析方法,确定了层状岩体的应力传递和应变能密度解析解,揭示了结构面储能和层状岩体承载传力的影响规律,并在淮南张集矿1412A工作面开展工程应用。结果表明:法向刚度和切向刚度决定了层间结构面的储能能力,法向应力和切向应力决定了结构面的实际储能大小;岩层的承载应力并非等于上部岩层的负重,而是上部岩层的作用应力、自重应力、下位岩层的作用应力叠加的结果;应力传递效率与相邻上下层岩层的容重比呈正相关关系,与层厚比呈负相关关系,与弹性模量比呈负相关关系;1412A工作面开采时,1#煤顶板第1层薄的软弱泥岩无法承载上方岩层的重量,第2层厚的中砂岩可以承载上方岩层及自身重量,载荷应力为0.90 MPa,计算得到该类条件下基本顶初次断裂步距为30.7 m,与现场实测结果基本一致。     

煤层条带开采整体安全系数确定方法研究

为评价工程中条带开采方案的煤层整体稳定性,确定开采方案的安全程度,基于强度折减原理,应用FLAC3D数值模拟软件,将工程实际与数值实验相结合,研究煤层条带开采对地表沉陷、围岩变形和破坏的影响,用安全系数对安全程度进行评价。提出条带开采整体失稳的临界状态判断标准为采空区之间及采空区至地表岩体塑性区域连通,并以地表最大沉降和顶板最大位移突然增大作为临界状态判断标准的验证条件,结果表明:应用强度折减原理进行数值模拟确定的条带开采整体安全系数与工程实际相吻合。