皖北刘桥一矿岩溶陷落柱特征及成因探讨

详细分析了刘桥一矿岩溶陷落柱的发育特征和分布规律，探讨了岩溶陷落柱的成因条件，指出构造作用对陷落柱形成的控制，建议根据陷落柱的方向性和等距性进行预测。     

滕南矿区岩溶陷落柱分布特征及其控制因素分析

针对岩溶陷落柱导致的突水具有隐蔽性和突发性的特点，为了预防岩溶陷落柱突水，对岩溶陷落柱可能发育的区域加以预测。根据滕南矿区地质与水文地质资料，分析已揭露的陷落柱的分布特征，总结岩溶陷落柱的发育规律。结果表明：岩溶陷落柱分布和发育具有不均匀性，多发育在矿井浅部，以及富水性较强和强径流条件的区域；岩溶陷落柱发育主要受奥灰埋深、奥灰含水层的富水性、地质构造控水条件及奥灰地下水径流条件4个因素的综合控制。在此基础上，构建层次分析评价模型，采用专家打分赋权方法，对4个控制因素统筹考虑，预测未来可能发育岩溶陷落柱的区域，旨在控制和避免煤矿生产中揭露岩溶陷落柱或处理不当而造成灾害。     

西铭矿陷落柱的分布规律及预测

通过分析西铭矿揭露区岩溶陷落柱的分布规律、性质、特征及其对煤矿生产的影响，认识了上下组煤层岩溶陷落柱的分布规律，并以此预测未揭露区岩溶陷落柱分布情况，取得了较好的效果。     

煤田陷落柱波场模拟与分析

以常见的煤田陷落柱为基础,建构陷落柱模型,采用声波方程及相应的边界条件对陷落柱的地震纵波响应进行模拟。并对模拟地震记录进行了详细分析,绘制了陷落柱时距曲线。在此基础上,指出了陷落柱柱壁绕射是陷落柱地震响应的重要特征;陷落柱底面强干涉波是其底面的重要标识;并对地震观测系统的选择提出了建议。     

预测陷落柱突水灾害的物理模型及理论判据

通过分析渗水井与陷落柱的联系和区别,借鉴渗水井等相关理论,建立了预测陷落柱突水的物理模型,确定了陷落柱的突水危险区域.陷落柱与采动工作面之间的突水危险区域可分为三部分:陷落柱周边围岩塑性破坏区、采场前方塑性破坏区与陷落柱周边渗透区域.根据弹塑性力学、流体力学的相关理论,推导出了预测陷落柱突水的理论判据,可用于矿井陷落柱突水灾害的预测.     

陷落柱赋存特征与导水性模拟研究

依据陷落柱形成机理和过程,采用UDEC软件模拟计算了陷落柱在不同直径时的充填特征,模拟结果表明:当陷落柱直径较小时,陷落柱内岩体呈现不规则塌落,陷落柱体本身可能成为导水通道;陷落柱直径较大时,陷落主内岩体可能呈整体塌陷,完整性较好,陷落柱周边裂隙带可能成为导水通道。陷落柱周边形成应力增高区,且应力集中系数及影响范围随着陷落柱的规模增大而增大。在陷落柱形成过程中,其上部可能形成一定规模空洞,可能产生积水现象,因此在回采过程中对陷落柱的上下方都应加强探测。     

任楼煤矿隐伏导水陷落柱的快速判识与探查

1996年任楼煤矿首采面曾因隐伏导水陷落柱突水，引发淹井灾害，造成3．5亿元的重大经济损失。治水复矿后，1999年又在7218工作面机巷迎头出现淋水，初始水量不大，但依据水温、水质快速判识突水通道是隐伏导水陷落柱，运用物探和钻探相结合的综合探查方法确定了陷落柱位置，为地面布孔注浆彻底封堵陷落柱提供了保证，避免了一次重大突水淹井事故。     

矿井陷落柱的分布规律及其预测

系统总结和阐述了霍州矿区曹村煤矿已揭露陷落柱的发育特征和分布规律，并对未采区的陷落柱进行了预测分析。     

鲁西煤田岩溶陷落柱的发育特征

对鲁西煤田岩溶陷落柱的发育特征作了全面的总结，对陷落柱的成因进行了比较深入的探讨，在形成条件和机理方面提出了一些新的看法。     

岩溶陷落柱岩体结构分析

基于大量野外调查和巷揭情况，提出了陷落柱塌落前的岩体致塌破坏物理模型和两种致塌破坏结构，揭示了节理面在岩体致塌中的重要作用；从岩体结构角度阐述了由陷落作用形成的围岩构造；初步划分陷落柱的充填类型有：泥石浆型充填、顶冒武堆积、开放水体堆积；并讨论了陷落柱的堵水和活化突水问题。     

破碎围岩条件下采场留存矿柱稳定性分析

采用岩体分级方法(RMR法)、Q系统和地质强度(GSI)指标对矿岩进行了工程地质评价,并通过扩展后的Hoek--Brown节理强度准则进行岩体力学参数确定.根据白羊矿段矿柱布置形式,推导出矿柱荷载公式,并确定了矿柱强度计算参数.针对井下矿柱主要破坏形式分别进行失稳机理分析.将正交设计法引入采场结构参数优化分析中,对各开采方案进行了三维数值模拟.运用正交极差分析法对矿柱稳定性影响因素敏感度进行评价.实践结果表明:采场高度控制在3.5～4.5 m,矿房宽度取值不大于5 m,矿柱直径不小于3.5 m留存矿柱稳定性基本能得到保障.     

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.     

力学性能对矿柱体系破坏影响的三维数值分析

在深部高应力等复杂地质条件下开采时,由多个矿柱构成的矿柱体系的稳定性对矿山安全生产至关重要.利用RFPA^3D-Parallel程序,研究了单轴抗压强度对串行和并行矿柱体系破裂过程的影响.结果表明,串行矿柱中强度较弱部分的失稳决定整个体系的稳定,对该段加固和监测有助于体系的稳定性控制;对并行布设的矿柱体系,其压力传递与柱的抗压强度密切相关,较弱柱先破坏,应力依次向强度较高的柱转移,直到矿柱系统失稳;可将声发射数的多峰现象或声发射累积增长阶梯型弧段作为矿柱体系中弱柱失稳破裂、应力向相邻强柱转移的依据.     

断层防水煤(岩)柱安全宽度的计算与评价

针对如何确定导水断层附近的防水煤(岩)柱宽度是困扰煤炭开采的问题,以开滦集团荆各庄矿3092工作面为例.综合运用经验公式、数值模拟和原位探测来确定其断层防水煤(岩)柱的安全宽度,最终得出了符合实际的且小于原留设宽度的断层防水煤(岩)柱安全宽度,为该矿节约了可采储量,延长了矿井服务年限,具有显著的社会和经济效益:同时该法为本矿及相似矿井以后处理类似问题提供了参考,具有较高理论和现实意义.     

煤柱宽度对综放面围岩应力分布规律影响

护巷煤柱宽度及巷道相对工作面位置的不同,将引起巷道围岩应力重新分布和岩层移动的差异,对回采巷道稳定性及其维护有重要影响. 以谢桥煤矿1151(3)综放面地质技术条件为背景,采用计算机数值模拟并结合现场实测研究,揭示了煤柱宽度变化对综放面围岩应力分布及变化规律的影响.研究表明,综放回采巷道护巷煤柱宽度的变化,不仅使煤柱内应力分布规律不同,而且使得相邻工作面煤体内应力分布规律也不同,二者应力分布随煤柱宽度变化而转移;巷道维护状态是工作面煤层和煤柱内应力场共同作用的结果,护巷煤柱的合理宽度应小于巷帮实体煤内应力向煤柱内转移的临界宽度.     

煤柱尺寸留设数值模拟研究

护巷煤柱尺寸是影响回采巷道顶板围岩稳定性的一个重要因素。禾草沟煤矿开采过程中矿山压力比较明显,原设计预留大煤柱,造成较大煤炭损失。基于禾草煤矿煤层地质条件,采用数值模拟软件FLAC3D,建立了煤柱尺寸为6 m、8 m、10 m、12 m和14 m数值模型,模拟研究了煤柱及巷道塑性破坏区范围,沿空巷道应力分布,沿空巷道位移情况。综合考虑塑性区破坏范围、最大主应力、顶板位移值和资源回收等因素,该矿煤柱为10 m时符合经济安全开采要求。     

基于类三棱柱的连续型地质体三维构模方法

空间数据模型是地质体三维构模的关键。根据地质体的几何特征，建立了适用于连续型地质体的数据模型，构造了三棱柱类，提出了相应的数据概化方法，开发了柱体构模技术和地质体三维可视化构模系统．利用该系统，建立了某人工围湖工程的三维可视化模型，验证了构模技术的适用性。     

金属矿山矿柱回采三维可视化设计

 针对矿山传统二维设计方法的不直观、可计算性差等缺点,提出了三维矿业软件与空区激光探测系统相结合的采场三维可视化设计方法。首先通过空区激光探测系统（CMS）获得采空区的实际形态,在Surpac软件中构建采场局部地质模型,将探测所得实体模型与局部地质模型进行布尔运算后获得矿柱的三维模型,在此基础上进行了采准工程的布置,实现了采场设计全程三维可视化。以某金属矿山为例,运用CMS和Surpac软件对E2-3采场进行了中深孔爆破回采方案设计,在Surpac软件中快速获取矿柱剖面,通过建立爆破设计数据库,对各剖面进行了中深孔爆破设计,最终生成了爆破设计报告。根据统计获得设计采场体积及所需炸药量,经计算炸药单耗约为0.892kg/m3,该指标与经验值较为吻合。实践证明,该方法能够较好地解决矿柱边界难以确定,传统设计三维显示不够直观等问题,并且计算比较方便,具有重要的推广应用价值。     

急倾斜薄矿脉崩落法开采及崩落散体的承载机理

以金厂沟梁金矿为工程依托,利用崩落矿岩散体的承载机理,提出了急倾斜薄矿脉破碎矿体崩落法开采方案.运用数值计算手段,研究崩落矿岩散体的承载机制,分析分段高度对崩落矿岩散体承载效果的影响.计算结果表明:与空场法开采相比,崩落法开采有效改善了采场围岩的稳定性,围岩塑性区体积减小了58.4%.随着分段高度的增大,崩落矿岩散体对围岩的支撑作用相应减弱,但影响较小.研究结果表明,采用崩落法回采急倾斜薄矿脉破碎矿体是合理的、可行的,同时也为该类矿体的回采提供了新的思路.     

长壁开采煤柱支承压力及塑性区分布规律

为了研究长壁开采采面面间煤柱支承压力与塑性区分布规律,采用理论推导、数值模拟、现场监测的方法,通过考虑采空区上覆岩土体自重荷载作用下煤岩体的成拱效应,推导了临近采空区侧煤柱顶部支承压力计算式,基于所得支承压力对煤柱进行弹塑性分析,建立临界状态下煤柱弹塑性微分方程并求解,给出了煤柱塑性区计算式.根据玉华煤矿2410工作面工程地质条件,采用ANSYS对不同采深(500～600 m)与采空区宽度(160～280 m)的煤柱塑性区分布规律进行模拟研究,将数值模拟与理论所揭示的规律进行对比,研究理论适应范围;为验证理论的可靠性,进一步对玉华煤矿2410工作面回风巷道煤柱塑性区进行监测,并将监测结果与理论计算结果对比.结果表明:数值模拟揭示的煤柱塑性区分布规律与理论反映出的规律一致,同时发现在大采宽条件下计算出的煤柱最大塑性区宽度与模拟结果吻合度较高.现场监测结果进一步验证了计算理论的可靠性.研究结果给出了大采宽下长壁开采时综采工作面面间煤柱顶部支承压力分布以及最大塑性区宽度计算式,可为煤柱设计提供依据.