破碎矿体分段凿岩阶段嗣后充填采矿法实践

为解决黄沙坪矿79#1-1矿体由于矿体含硫高、矿岩破碎不稳固、允许暴露面积小、矿山无胶结充填系统,因而开采困难的问题,进行中深孔成孔试验和孔底温度监测试验,在此基础上提出长锚索预护顶下分段凿岩阶段嗣后充填采矿法。文中介绍了该方法的特点、结构尺寸、采准切割与回采工艺。现场工业试验表明,该方法实现了矿体安全、高效的回采。     

9孔桶形掏槽一次成井技术

 为解决一次成井中天井断面小、深度低的问题,提出9孔桶形掏槽一次成井技术。通过对掏槽爆破机理研究,选取了4空孔掏槽方式,装药孔与空孔直径分别为0.11、0.25m,掏槽孔与空孔间距0.46m等爆破成井主要参数。采用非线性动力分析软件LS-DYNA对9孔桶形掏槽一次成井的关键—掏槽过程进行了数值模拟,实现了9孔桶形掏槽槽腔成形过程的可视化。模拟结果表明,成井参数选取合理,主掏槽孔能与空孔有效贯透形成“莲花形”槽腔,副掏槽孔能以“莲花形”槽腔为自由面进一步扩大槽腔。最后在理论分析和数值模拟基础上,以某露天矿为工程实例,对所取参数进行现场实验,一次爆破形成了23.4m天井,天井断面4m×4m,证明数值模拟结果准确,该技术在深孔一次成井中可行。     

深孔爆破一次成井炮孔合理堵塞长度

 炮孔堵塞长度是深孔爆破一次成井设计的重要参数之一。为合理确定堵塞长度,提高深孔爆破一次成井爆破质量,基于岩石破碎理论,分析了深孔爆破一次成井存在的上端、中间和下端3种情况下堵塞物的作用机理。基于堵塞物的材料特性和弹塑性力学理论,建立了爆炸载荷作用下堵塞物变形量的计算模型。从动能定理着手,分析了堵塞物变形过程和运动过程中的能量传递,同时结合堵塞物的抛出时间与岩石介质破碎时间、爆破漏斗初始形成时间以及相邻分层堵塞范围内岩石破碎时间的关系,建立了深孔爆破一次成井堵塞理论。在三道庄矿区32m充填天井试验中,应用堵塞理论,同时结合施工条件选取实际堵塞长度,形成爆破方案,取得了深孔爆破一次成井试验的成功,从而验证了堵塞理论的正确性,为深孔爆破一次成井技术提供了一定的指导意义。     

基于协同回采的深部厚大矿体分段充填采矿法

针对预控顶分段充填法在深部开采存在的预控顶巷道掘进工序繁杂、顶板易受爆破震动影响等缺点，本文提出垂直孔与水平孔协同回采的机械化分段充填采矿法(协同回采分段充填法)。该方法通过改变顶板支护工序的顺序，将预控顶变为后压顶，能够有效地解决顶板围岩稳定性问题。进而对协同回采分段充填法进行优化研究：一方面，通过 SURPAC 到ANSYS的模型转换技术，进行采场稳定性数值分析，获得最佳的结构参数；另一方面，通过分区出矿分区支护的方式，解决两帮支护不到位和出矿效率低的问题。将该方法应用于新城金矿V#矿体开采，结果显示顶板岩移量显著减小，且各项经济技术指标均得到改善，实现了高应力条件下厚大矿体的安全高效开采。     

基于颗粒流法的岩石断裂韧度确定

 岩石断裂韧度是岩石断裂力学中最为重要的参数和指标,它表征岩石材料抵抗裂纹扩展的能力或产生新裂纹表面所需克服的阻力。本文运用离散元法对含预置裂隙的岩石模型破碎过程进行数值模拟,并从能量平衡角度全面模拟巴西圆盘实验加载过程中岩石模型的各种宏观力学响应和裂隙扩展等情况,进而计算岩石的断裂韧度,得到模拟岩样的平均断裂韧度为1.428MPa·m^1/2,依据试验数据计算得到岩样的平均断裂韧度为1.405MPa·m^1/2。计算结果与实验值能够很好地吻合,从而证明了本文方法的有效性和实用性。     

光面爆破效果参量预测的投影寻踪回归模型及应用

基于投影寻踪回归理论,选取炮眼密集系数、最小抵抗线、装药量、炮眼深度、抗压强度和泊松比6个因素为判别指标,建立光面爆破炮眼利用率、超挖量和半眼率的预测模型。将该方法应用于某矿巷道掘进光面爆破效果预测问题中,对现场实测的24组数据进行训练和检验,用另外4组现场数据作为预测样本进行测试。预测结果与实测情况较吻合。比较BP神经网络和投影寻踪回归2种方法对光面爆破炮孔利用率的预测结果,发现后者比前者预测结果更接近实际。以上研究表明:该方法回判估计性能良好,判别精度高,是一种预测光面爆破效果的有效方法,可以在实际工程中推广应用。     

液态CO_2相变破岩桩井开挖技术

为研究液态CO_2相变破岩技术在硬岩桩井开挖中的可应用性,分析CO_2破岩原理,得出泄爆压力与释放能量、TNT当量的关系,进行CO_2破岩成井现场试验和振动监测。研究结果表明:适量的空孔可创造临空面,明显降低质点振动速度,增强破岩效果,但空孔过多会增加泄爆能量的耗散通道,弱化破岩效果或导致破岩失败;CO_2破岩振动波的持续时间短、衰减快、高频成分少,各分速度的主频带一般在100 Hz以下,主振频率集中在20 Hz左右;在半无限岩体中,CO_2破岩区域可分为压碎区和破裂区,压碎区直径为管径的3~4倍,破裂区直径为管径的10~15倍;CO_2破岩技术克服了传统炸药爆破的缺点,是一种高效的台阶破岩方法,还可有效应用于硬岩桩井开挖中,为类似工程岩体开挖提供了新思路。     

未确知聚类理论在顶板沉降量预测中的应用

 从距离判别的思想出发,对未确知聚类理论中的置信度准则进行优化,并将该理论应用于顶板沉降量预测中。选取岩体抗拉强度、埋藏深度、暴露面积等9 个影响因子,构建顶板沉降量预测的未确知聚类预测模型。根据收集的15 组样本数据确定了未确知测度函数,并利用熵权法计算指标权重,预测得出顶板沉降的分类等级及顶板沉降量。经计算验证,该方法的平均预测误差为7.38%,较模糊数学、灰色关联及神经网络3 种方法有更高的预测精度。为进一步验证其实用性,以辰州矿业沃溪矿区为例,采用该方法对4142 采场进行顶板沉降量预测。结果表明,预测结果与实际监测结果相吻合,证明该方法用于采场顶板沉降量预测是客观合理的,可为矿山安全生产提供决策依据。     

基于ANSYS的二步采场分段开挖过程模拟及稳定性分析

 为确保高应力大阶段二步采场高效安全回采,采用ANSYS对二步采场分段开挖过程进行稳定性分析,得到了各分段采场顶板和充填体的应力分布规律。结果表明,采场顶板处产生的最大拉应力(0.21～0.36MPa)大于矿体的抗拉强度值(0.17MPa);充填体距离采场顶板1m位置处有最大压力(0.90～2.00MPa),接近其抗压强度值(2.00MPa);随着开采分段向上推进,采场顶板的拉应力和充填体内的压应力均有降低趋势。针对数值模拟中二步采场存在的安全隐患,提出采用预护顶中深孔下向凿岩分段充填法回采二步矿房,预护顶采用预应力树脂锚杆+钢带(金属网)+喷浆联合支护方式,并根据数值模拟中获得的松动圈半径确定了支护参数。将支护方案应用到工程试验,试验采场安全效果较好。