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。     

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。     

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。     

声发射技术在湘西金矿深井安全开采中的应用

笔者介绍了岩体声发射监测技术及其基本技术参数 ,描述了井下采矿环境下识别岩体声发射信号的频谱特征 ,并进一步介绍了岩体声发射监测技术在湘西金矿深井开采中的应用情况。声发射安全监测技术应用表明 ,声发射事件率及其增长幅度直接反映了顶板稳定性的变化情况 :当岩音频度在 1 0次 /分以下时 ,采场顶板处于稳定 ;但达 1 6次 /分以上时 ,采场顶板就有冒落的可能性 ,应该采取预防措施。该技术安全监测预报结果为深井的安全生产、避免灾害事故的发生提供了决策依据     

丰山铜矿岩石声学特性研究及其在采场安全预报中的应用

对丰山铜矿的矿岩进行声波特性研究,依据声波特性参数将矿岩的稳定性分为3类,并建立了相应采场安全性的声学监测措施。利用声波特性可以实现对岩石的稳定性进行快速判断,并以此选择采矿方法、优化采场的结构参数及支护方式。通过对井下工作面长期的声发射特性参数的监测,初步确定了丰山铜矿岩石破坏的声发射特性参数的判据。并根据观测到的声发射特性参数时间序列,应用灰色理论模型来预报采场冒顶、片帮事故,通过对多个采场的成功预报,证明该模型的有效性。同时应用声波技术和声发射技术进行开采过程的安全预报是一种新的思路,对指导地下矿山安全生产具有重要的意义。     

我矿采场岩音监测与冒落预报

岩体声发射监测是了解井下采场地压活动,预报采场冒落较有效的方法之一。但是,限于目前声发射监测仪器的发展水平,以及现场存在大量噪声的条件,要想成功地预报采场冒落,很大程度上仍有赖于监测者的经验和责任心。     

大面积连续开采采场整体失稳风险评价与预测

为了研究金川二矿区大面积采场围岩整体的稳定性,根据对采场与地表破坏现象的调查与监测结果提出了大面积采场整体失稳的4种模式,确定了采场稳定性评价指标。设计了13因素3水平的数值正交试验方案,采取最小二乘法进行多元线性回归,获得了4个评价指标的评价函数,利用可靠度理论对各评价指标的采场稳定性可靠度进行分析和风险预测。结果表明,对于采场围岩整体稳定性系统,将4个评价指标以串联形式作为一个整体,计算出采场整体失稳风险概率达11.28%,采场围岩整体失稳有一定的可能性。     

桃坪河磷矿大寨包危险山体地音监测

采用 YSS 岩体声发射监测仪和 YSZ-2智能型岩体声发射监测仪,在桃坪河磷矿建立了地表和坑内两个地音监测站以及比较完善的监测孔网和监测制度,在继续回采的过程中和矿区出现恶劣气候期间,对危险山体的动态进行了有效的监测与预报.     

剥落型矿柱与早强胶结充填体相互作用损伤演化分

为了研究矿柱底部严重剥落形成的上宽下窄型矿柱与早强胶结充填体的相互作用,进行了现场地质调查,选用石蜡模拟早强胶结充填体进行室内试验,同时进行数值模型的构建和试验模拟研究。试验结果表明:在加载过程中,破坏主要发生在矿岩中,石蜡充填体由于具有较强的变形能力,没有明显的破坏裂纹;矿岩中的裂纹主要沿矿岩和充填体接触面进行延展,直至延伸至临空面破坏;试样表壁的石蜡薄层表征显示在加载过程中,在试样表壁大的裂纹带附近伴随小裂纹产生。通过相关研究,厘清剥落型矿柱与早强充填体的相互作用机理及破坏规律,以便开展针对性的矿柱补强,确保充填采场安全稳定。     

剥落型矿柱与早强胶结充填体相互作用损伤演化分析

为了研究矿柱底部严重剥落形成的上宽下窄型矿柱与早强胶结充填体的相互作用,进行了现场地质调查,选用石蜡模拟早强胶结充填体进行室内试验,同时进行数值模型的构建和试验模拟研究。试验结果表明:在加载过程中,破坏主要发生在矿岩中,石蜡充填体由于具有较强的变形能力,没有明显的破坏裂纹;矿岩中的裂纹主要沿矿岩和充填体接触面进行延展,直至延伸至临空面破坏;试样表壁的石蜡薄层表征显示在加载过程中,在试样表壁大的裂纹带附近伴随小裂纹产生。通过相关研究,厘清剥落型矿柱与早强充填体的相互作用机理及破坏规律,以便开展针对性的矿柱补强,确保充填采场安全稳定。     

综合拉底、扩漏和出矿全过程的底部结构安全性颗粒流模拟技术研究

为探明自然崩落法从拉底崩落至出矿全过程中底部结构节理连续扩展过程与破坏过程规律，采用PFC2D软件，结合RocLab软件反演节理岩体参数，建立229 m×129 m的岩体扩大模型，对拉底崩落至出矿过程进行连续综合计算。研究结果表明:模拟结果及破坏现象与现场监测结果相近，建模与细观参数反演方法适用于该类岩体工程研究；裂纹扩展贯通导致岩体失稳破坏，破坏过程与裂纹扩展具有相对应的阶段特征，裂纹扩展分为崩落前稳定扩展期，崩落与聚矿槽开挖过程加速扩展期和后续持续扩展期；结构破坏分为蕴育过程，扰动失稳过程和宏观破坏过程；较大范围的宏观破坏主要在出矿阶段。该模拟方法与结果可为底部结构维护以及节理岩体长期稳定性研究提供参考。     

基于微震监测的岩体失稳智能预报

岩体稳定性预报是微震监测工作的重要组成部分。探讨微震活动性参数变化作为岩体稳定性预测的可行性,结合用沙坝矿实际生产过程中观测到的现象,提出微震监测岩体失稳预报的一般模式。根据b值在岩体失稳前先增大后减小的趋势作为危险预警初始条件;并将能量指数、施密特数急剧下降以及累积视体积增加的时间段作为岩体失稳的预警期,将事件数的急剧下降作为危险的临界状态。用沙坝矿根据这一原理建立的岩体失稳预报模式可以达到采场失稳的智能预报,解决了人工判别预警期过程中效率低的难题,保障矿山的生产工作。     

泥质软弱破碎矿脉浅眼回采控制爆破试验研究

针对前河金矿泥质软弱破碎矿脉下向进路回采过程中超爆、上下盘围岩大面积垮塌、爆破后支护作业困难等问题,在总结分析软弱破碎岩体爆破特性的基础上,基于减震控制爆破基本理论,提出了“预留顶板充填体减震层、径向不耦合装药、控制边眼装药量、秒延期多段别控制起爆”等系列综合减震控制手段,据此分别针对Ⅳ级和Ⅴ级破碎岩体提出了2种具体的浅眼回采控制爆破技术方案,并进行了现场回采爆破试验。试验结果表明:所提出的2种方案均能够有效的控制回采边界,爆破后进路顶板充填体和上下盘围岩完整性良好,为后续采场出矿、支护等创造了有利的时空条件,且炸药单耗较原方案均有所降低。研究成果可分别在矿区范围内类似条件下推广应用。     

两端截尾概率分布下围岩可靠度研究

岩体工程的安全性设计通常采用可靠度和可靠指标进行设计,可靠度计算中的随机变量参数通常取-∞到+∞,而岩体参数是不可能为负或者无穷大的。为此,借助理论分布,提出了两端截尾概率分布下围岩可靠度计算的应力—强度干涉模型。并利用该干涉模型建立了参数为正态分布下的可靠度计算公式。应用该方法对康家湾铅锌金矿一巷道围岩进行了可靠度计算。实例表明:两端截尾概率分布的取值更加符合岩体力学参数的实际取值,同时可靠度也相应提高,模拟次数减少,收敛速度加快。从而为矿体围岩的安全性设计提供理论依据。     

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。     

充水溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值模拟

为探讨充水溶洞中水压对隧道围岩稳定性的影响,利用岩石破坏过程渗流-应力-损伤耦合分析软件F-RFPA~(2D),对隧道底部含充水溶洞的围岩破坏过程进行数值模拟研究,并与岩体中存在裂隙时隧道围岩的破坏过程作对比。结果表明,水压的增加使溶洞与隧道间的岩体逐渐产生裂纹,并不断延伸,最终使隧道与充水溶洞贯通;岩体中裂隙的存在改变了裂纹的扩展方向,加速了隧道底部围岩的破坏进程;实际工程中应将隧道底部围岩垂直方向上的位移变化作为事故发生的前兆,制定相应的预防措施,避免事故的发生。     

安全煤岩柱性能研究及综合评价

在对里彦煤矿采矿地质条件分析的基础上,对安全煤岩柱的化学成分及其阻水性能、岩性及力学特征进行了研究.针对里彦煤矿的具体情况,分析了里彦安全煤岩柱的阻水性能,认为其阻水性能良好,可以适当减小防水防砂煤岩柱宽度,以提高开采上限,释放部分煤炭储量.     

某铅锌矿巷道围岩破坏原因及治理对策分析

为了澄清1 330 m中段巷道发生冒顶、片帮及底鼓的原因,并预测深部各中段巷道的地压显现规律及治理对策,应用FLAC3D模拟实际开挖和开采过程,并分析巷道围岩的应力变化。结果表明:巷道地压显现是拉应力长期作用而发生疲劳拉坏的结果;南侧矿体无断层与巷道贯通,且离1 330 m中段巷道较远,其开采对巷道稳定性影响微弱;北侧矿体有正断层与巷道贯通,离巷道水平距离只有10 m,其开采是引起巷道围岩拉应力增大的主要原因,贯通断层是引起巷道围岩拉应力增大的次要原因;深部巷道应布置在矿体下盘分界线以外不小于15 m处;鞍部矿体采空,有利于1 330 m中段巷道卸压,对1 280 m中段巷道卸压效果微弱;确保断层附近顶柱的完整性,有利于降低巷道围岩的拉应力;对拉伸疲劳破坏的巷道,采用无预应力锚杆支护几乎不起作用。该结论与开挖、开采实践基本吻合。     

超深竖井掘进岩爆特征及防治措施

由于会泽矿3#超深竖井（施工深度达1 526 m）的工程地质条件,在竖井开挖到一定深度后有不同程度的岩爆现象显现,其中两次比较严重的岩爆发生的位置埋深较深,井筒深度达到1 400 m以上。为此建立了井壁地应力监测系统,对岩爆的发生进行预测。根据井壁周边不同深度布置的4个点处的应力变化曲线分析,总结了地应力分布规律,4#位置（东偏南70°）井壁受测压力最大,最大水平主应力可以达到120 MPa以上,其方位与最大主应力方向相符。结合3#竖井工程岩爆现象的分析,以及岩爆发生的特征,给出了预防岩爆所采取的工程措施,为此类工程施工制定岩爆防治措施提供了科学依据。