协同开采及其技术体系

在现有采矿与环境关系协调理念的基础上,引入协同理念,提出“协同开采”科学命题.明确协同开采的基本概念,指明协同开采提出的意义,构建协同开采的技术体系,分析协同开采与现有协调理念的区别与联系及可耦合性.以某矿多空区条件下碎裂资源的开采为例,开展协同开采技术应用研究,发明采矿环境再造分层分条中深孔落矿采矿法,完成主要矿层的协同开采方案设计.工程应用表明:协同开采作为一种新的采矿技术模式具有强劲的生命力和较大的推广应用价值,为隐患资源或具有特殊工程目的矿床的开发利用指明了一条科学可行的发展方向.     

诱导顶板崩落时变力学模型的建立与应用

运用时变力学理论,针对大厂铜坑矿顶板诱导崩落试验采场的地质特征,建立有限元基本方程和时变力学模型,采用多步骤开挖的准时变力学有限元方法,模拟不同顶板诱导失稳崩落模式下的塑性区发展、东西预裂硐室与崩顶硐室的安全系数,对比研究确定顶板诱导可控失稳崩落的诱导模式,即先预裂爆破后切顶诱导崩落,其塑性区主要控制在东西两条预裂缝之间,垂直向达到顶板上方58m处,最小安全系数为1.1。采用数字式全景钻孔摄像技术,对铜坑矿顶板诱导崩落实验采场的顶板围岩诱导效果进行可视化监测。发现生成20～40mm宽的预裂缝,在顶板围岩中出现大量"X"型次生裂隙。实践结果表明,该模式可以有效地实施顶板的诱导可控失稳崩落。     

对称协同开采人工矿柱失稳的突变理论分析

根据材料力学理论,建立顶板-人工矿柱协同作用力学模型;通过分析组合结构的变形协调机制,推导人工矿柱压缩量关系式;基于突变理论,构建人工矿柱突发失稳的尖点突变模型,导出失稳的充要条件力学判据表达式。研究结果表明:人工矿柱突发失稳与刚度比k、介质均匀性系数m具有密切相关性;改变人工矿柱的力学参数和几何参数,可在一定程度上调控顶板的稳定性,这可为采空区应力环境再造和人工矿柱的科学设计提供基本力学依据。     

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.     

顶板诱导崩落技术及其在大厂铜坑92号矿体的应用

为解决大型贫矿床传统方法开采过程中存在的资源整体回收率低、后期地压控制难等问题,研究采用连续采矿一顶板诱导崩落综合技术,其空区处理与后期地压控制关键是顶板诱导崩落技术。针对华锡大厂铜坑矿92号矿体的工程地质条件,进行连续采矿顶板诱导崩落的工业试验,基于理论与工程类比相结合的方法,确定合理顶板爆破诱导崩落的参数、实施方案、安全控制措施,分析爆破诱导崩落的工程实际应用情况。试验结果表明：采用预裂爆破与诱导崩顶爆破的方法,通过对顶板的诱导崩落处理,成功地在下方采空区形成了厚度为17．8m左右的岩石缓冲垫层,有效地降低顶板冒落带来的冲击气浪危害：在预裂孔间产生明显的贯通裂隙,从而在顶板上形成诱导可控崩落,防止顶板大面积的突然垮落,改善地下开采安全生产环境：最终资源的回收率由70％左右提高到84．6%,贫化率由25%-40％降低到15％以下,实现了资源的高效回收。     

复杂充填体下矿体开采安全顶板厚度非线性预测方法

以广西大厂铜坑矿92号矿体的回采为例, 在分析评价传统方法的基础上, 采用数值模拟方法对采场顶板的破坏机制进行模拟, 分析研究顶板安全厚度与各影响因素之间的关系;采用具有高度非线性、自学习、动态处理、联想记忆、容错性等特征的人工神经网络, 在数值模拟的基础上, 建立安全顶板厚度非线性神经网络预测模型. 实际应用结果表明, 顶板安全厚度的预测结果与实际结果很接近.