山东金岭铁矿采空区治理方法研究——以召口矿区采空区治理为例

召口矿区是山东金岭铁矿的其中一个矿区,矿床西北部已经发生了大面积的采空塌陷。综合各行业治理方法,山东金岭铁矿采用了采矿废石及尾矿砂加胶固粉搅拌充填方法对采空区进行了治理。改善了矿区环境,抑制了采空塌陷的发生、发展,同时减少了矿山占压土地．做到了采矿的废弃物充分利用。     

倾斜空区顶板三铰拱轴曲线结构自稳分析

研究发现动采应力再分布使空区顶板在失稳前两拐角处形成塑性铰区,承载机构转为充分自稳的三铰拱形.针对这一特点,提出将空区顶板近似为半跨的三铰拱轴曲线结构,并建立以空区跨度L、拱失f、顶板岩层载荷q(x)为变量的力学模型,推导冒落线方程y(x)和拱轴压力N(x)方程,分析空区顶板的稳定性和冒落线形式,并计算空区的临界跨度和临界暴露面积.以排山楼金矿空区为例,利用模型得出活动延深方向临界跨度70 m,走向140 m,临界暴露面积7 693 m2.提出禁止间柱回采,及时充填空区的治理方法,保障井下安全.     

基于空区结构效应的残矿开采作业环境安全辨识与协同利用

针对西部某矿山目前开采现状和大量遗留残矿的采空区结构特征,在采空区作业环境安全评价的基础上,提出协同利用空区空间的残矿开采模式,即采空区的空间直接利用作为采准过程的补偿空间和切割空间、加固处置协同利用的补偿空间、密闭封存安全保护、散体充填密闭处理和胶结充填应力环境再造等,并以R3空区作为实例提出空区协同利用的采矿方法和出矿等生产工艺.应用未确知测度理论,利用采空区结构效应的空区跨度(X1)、空区暴露面积(X2)、空区高度(X3)、空区埋深(X4)、矿柱尺寸布置(X5)5个参数,对西部某矿群空区下的残矿开采作业环境进行安全辨识和分级.研究结果表明:该方法对采空区群下残矿开采作业环境的安全评价简单可行,通过采空区的结构效应获得了残矿开采作业环境的安全分级辨识.     

具有深凹特征的改进挂帮矿诱导冒落开采方法

大孤山铁矿为大型深凹露天铁矿山,在露天转地下过渡期中,采用诱导冒落法开采挂帮矿的新型露天转地下过渡模式.对大孤山铁矿现存挂帮矿进行三维建模分析,依据过渡模式的露天地下协同开采的安全要求,选择南帮挂帮矿作为过渡期第一阶段露天地下协同开采区域,通过采用合理的回采顺序控制边坡上塌陷坑范围和塌陷坑容积,使滑移体全部滑入塌陷坑.开采东帮挂帮矿为露天转地下第二阶段,利用露天原有运输系统迅速提高地下产能,并采用合理方式控制东帮边坡滑移岩体.最后采用该方法对大孤山铁矿露天转地下进行方案设计和验证.     

煤矿采空区场地工程建设适宜性分析

采用钻探探查、InSAR技术分析、剩余变形理论计算和荷载影响深度计算等方法,对煤矿采空区场地的覆岩特征、地表剩余变形对工程建设影响程度和工程荷载引起采空区活化程度进行了计算和分析.结果表明,该采空区导水裂隙带发育高度平均值为42.8 m,局部仍存在未完全塌陷的采空空洞;研究区地表变形已进入衰退期,当未进行大规模工程建设时,地表会一直保持稳定状态;当研究区堆载高度超过255 m后将引起采空区局部活化,随着堆载高度的进一步增加,采空区活化面积将进一步加大,当堆载高度至280 m时,将引起场地采空区的大面积活化.为保障工程建设和生产运营的安全,一般将对采空区采取灌浆充填等措施进行工程治理,经检测合格后方可进行工程建设.     

山区开采沉陷地表移动变形规律

为研究山区煤炭资源采空区地表沉陷移动规律,提高山区矿山地质环境影响评价工作精度,采用对塌陷地层工程地质条件、塌陷过程模拟再现的实验的方法,研究模拟地层及地表塌陷变形规律.研究结果表明:山区采空塌陷下沉曲线拐点位置会向山坡上升方向偏移,地表裂缝大小和分布特征与地表凹凸变化有关,地面坡度、表土层厚度和性质决定地表移动变形的大小和剧烈程度.研究结论初步得出地表岩层呈现出L型断裂的条件有利于指导煤矿安全开采,提出的地下采空区地表移动变形规律有助于支撑矿山地质环境保护与恢复治理.     

废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性评价

为准确探明废弃铁矿老采空区的赋存特征，科学评价采空区稳定性，有效防控地表塌陷灾害，以顿丘铁矿老采空区为工程背景，研究了废弃铁矿老采空区赋存特征及稳定性。通过开展地球物理勘探和钻孔钻探，获得采空区的平面及层位分布，构建老采空区三维地质模型，实现采空区赋存特征的立体展现；采用采空区地表变形监测、临界载荷影响深度计算和采空区深厚比分析3种方法评价老采空区稳定性。结果表明：顿丘铁矿2#矿体群开采形成的采空区平面面积为4992.5 m2；采空区分为采空纯空区和采空回填区2种形式，层数为2~4层，埋深为38~152 m，厚度为1.6~45.7 m，其中，纯空区最大厚度为10.8 m；2#矿体群开采形成的采空区整体稳定性较差，存在塌陷风险。可见研究方法和结果对铁矿老采空区探测和治理具有一定指导意义。     

矿山环境地质灾害问题及其勘查方法研究

矿山资源开发中的安全形势相当严峻,地表塌陷、山体崩塌、矿山边坡滑坡、废石场泥石流、尾矿库垮塌、采场冒顶、巷道坍塌、矿山地震、岩爆、采空区大面积地压、井下突水、深井高温等灾害,给社会稳定和人民生命财产安全带来了严重影响,该文以矿山地质灾害勘查为研究对象,论文首先分析了矿山地质灾害中存在的问题,包括其诱发因素,地质灾害特征和治理措施,在此基础上,论文探讨了三种勘查方法,包括地球信息技术综合方法、水文地质与岩土力学试验方法和地球物理勘查方法。     

多空区层状矿体诱导冒落机理及拉底方案优选

基于诱导冒落法提出了多空区层状矿体的回采方案，使用3DEC软件对诱导冒落机理及规律进行了研究.同时设计了4种不同退采顺序的拉底方案，并对其冒落效果进行了模拟.结果表明，矿柱尺寸越小、周边空区数量越多，矿柱越容易因应力集中而产生裂纹，当其裂纹与矿体层理面贯通时矿体便会冒落；当把拉底工程布置在最易破坏的矿柱下方并以其为中心向四周不断扩大拉底面积时，能够使矿体在最短时间内发生持续、稳定的冒落，从而可实现多空区矿体的安全高效回采.     

采空区协同利用机制

采空区处理是预防与控制采空区灾害的重要组成部分,也是实现其周边资源安全开采的必要条件.从矿山工程系统合理布局出发,以采矿环境再造、协同论和内嵌式设计等理论与理念为指导,首次从协调资源开采的角度提出“协同利用”采空区处理新技术.探讨采空区协同利用的基本原则与基本模式,并对利用模式进行系统分类,研究采空区协同利用机制,并进行利用模式分类,探讨采空区协同利用机制.工程应用表明:新机制不仅处理空区隐患,而且实现隐患资源的安全开采,同时还大大降低空区处理成本,甚至达到零成本.研究成果可为空区隐患资源的安全开采提供技术支持.     

充填胶凝材料研究进展与金川废弃物利用展望

金川镍矿开采深度增加地压增大和品位降低,既增大采矿难度,也降低了采矿经济效益。与此同时,矿山每年排放出大量废弃物,使矿山面临严峻的环保压力。利用固体废弃物开发新型充填胶凝材料,并以此为契机,实施废弃物资源化应用,是金川矿山实现绿色开采和可持续发展的必由之路。首先,简要介绍充填胶凝材料研究进展,分析金川矿山开发新型充填胶凝材料面临的困难和问题;然后,提出利用矿渣开发金川矿山新型充填胶凝材料的技术路线与关键技术;最后,针对金川矿山镍钴资源开采与利用现状,提出以新型充填胶凝材料为突破口,开展废石、废渣、尾砂等废弃物资源化综合利用技术途径,展望金川矿山固体废弃物资源化综合利用发展前景。     

诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳

在露天转地下过渡期利用诱导冒落法回采挂帮矿时将引发边坡大规模失稳,这将对坑底的露天采矿、露天运输系统以及地表设施和建筑产生威胁.岩体结构对边坡失稳的发展有着关键的控制作用,通过非连续变形分析(DDA)方法研究了不同边坡岩体结构下,采用诱导冒落法回采挂帮矿时引发的边坡失稳过程.通过7组岩体结构各不相同的边坡模型,得到三种边坡失稳模式:滑移失稳、倾倒失稳、复合失稳,不同的边坡失稳模式导致不同的边坡破坏程度及破坏规模.最后以海南铁矿为背景,对诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳过程进行了实例分析,为挂帮矿的开采设计和边坡失稳风险预测及预防提供技术支撑.     

非煤矿山采空区光纤监测研究

非煤矿山采空区大面积垮落会引起地表开裂、塌陷、矿震等恶性事故,为了对采空区进行监测,开发了基于先进的光纤传感技术的光纤位移、应力和微震传感器,将这些传感器进行集成,建立针对非煤矿山采空区的监测系统,并在铁矿进行了现场示范。试验结果表明,基于光纤传感技术的非煤矿山采空区监测系统运行良好,试验数据可信,具有很好的推广潜力。     

福建省清流县上坪煤矿水患因素分析及防治

本文通过对福建省清流县上坪煤矿区地质构造及水文地质条件的探讨，分析造成矿井水惠的各种因素，提出了矿井水患的防治措施，即采用先探后掘先治后采原则、查明小煤窑和老窑的采空区范围、设置防水煤柱、地面塌陷、及时回填等方法，对矿井的安全生产具有一定的指导意义。     

露天转地下过渡期岩移危害控制方法

在露天转地下过渡期,由于露天地下同时生产的岩移干扰,经常导致安全生产条件差和产量衔接困难.针对露天转地下过渡期露天开采境界内底部矿量、地下开采挂帮矿的实际生产条件,系统地研究了地下开采与岩移特点,提出了应用诱导冒落技术控制挂帮矿地采岩移的方法,不仅改善了露天地下安全生产条件,而且扩展了露天地下同时开采时间与空间.这一方法应用于小汪沟铁矿,有效解决了露天转地下过渡期产量衔接的难题,并实现了安全高效开采.     

深部开采陷落范围的预测与控制方法

按已往的错动角圈定地表陷落范围的传统方法,不适用于深部开采.因此,从维持塌陷坑侧壁岩体稳定性的角度,分析了塌陷坑内移动散体的侧向支撑力作用,当塌陷坑散体的厚度不小于临界散体柱高度时,散体的主动压力与被动压力共同阻止边壁岩体的片落活动.通过分析弓长岭井下矿塌陷区的实测数据,得出临界散体柱的高度主要与围岩稳定性、采空区倾角、散体内磨擦角及岩体碎胀系数有关.在深部开采中,用矿山固体废料填充地表塌陷坑,由此降低临界深度,可有效控制地表陷落范围,并给出了陷落角与采深的关系式.     

铜矿峪矿自然崩落法放矿管理的探讨

介绍了自然崩落法的放矿过程及各阶段的特点,阐述了自然崩落法放矿管理流程,探讨了在特殊条件下应采取的特殊措施,以减少废石的混入。     

采空区顶板大面积冒落诱发冲击气浪模拟

基于采空区冒落过程中冒落岩体与空气相互作用中能量的守恒与转化,建立了冲击气浪风速模型,设计制作了模拟实验测试装置。实验表明,随着下落高度增加,冲击气浪风速增加幅度略有减缓,采用大断面空间小尺寸的"打气筒"模型计算能够更好地反映冒落过程中的气体流动过程,但应该以"打气筒"和"绕流"的复合模型表征冲击起浪。在实验基础上建立的实验模型与理论模型有很好的相似性。     

杏山铁矿斜分条分段崩落法试验研究

杏山铁矿小杏山采区为层状倾斜厚矿体,原用垂直走向布置进路的无底柱分段崩落法开采,存在矿石损失贫化大、上盘侧回采进路地压显现严重、巷道支护工程量大等生产问题.研究提出斜分条分段崩落采矿法,即沿矿体延深方向,从上盘到下盘按斜线分条开采,每一分条在矿体里布置诱导冒落进路,在崩落本分段矿石的同时,诱导近上盘矿体自然冒落,冒落的矿石由设置在下盘围岩里的回收进路回采.该法较好地顺应了倾斜矿体崩落矿石的移动规律,降低了采切工程总成本.试验采场自2019年5月开始回采,现已回采两个分段,矿石回采率由74%提高到85.6%,贫化率由18%降低到15%,取得了良好的技术经济指标.