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.     

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.     

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.     

地下铝土矿采矿环境再造连续采矿理念

为解决复杂难采、水害突出的铝土矿地下开采技术难题,基于采矿环境再造和连续采矿理论,提出了地下铝土矿采矿环境再造连续采矿理念.新理念主要包括基于疏、导、引、堵和用等综合水处理措施的开采水环境再造技术、借鉴金属矿无间柱连续采矿技术和煤炭机械化采煤技术的连续采矿技术、以矿岩地应力人为控制方式实现的应力环境再造技术等三项主要内容.新理念为复杂难采、水害突出、低价值软破及原本不具备开采价值等矿体的开发利用提供了一条新思路.     

露天边帮下紧邻尾矿库采空区地表充填治理方法

针对采空区废石充填常规处理方法难度大、费用高、安全性差等问题,结合排山楼金矿条件,研究了控制诱导冒落协同地表充填塌陷坑的采空区充填治理方法,包括采用RG井下电视监测评估空区冒落进程,从地表钻井充填保护露天坑尾矿库,崩落矿柱诱导空区冒透地表,地表充填塌陷坑恢复地貌,客土造田与恢复地表使用功能等方法.该方法用于排山楼金矿,使大型活动空区得到安全高效充填治理,取得了良好的技术经济效果.理论分析与实践表明,露天边帮下紧邻尾矿库的倾斜矿体采空区控制诱导冒落协同地表充填的治理方法,可减小采空区废石充填治理的难度,实现大型采空区安全高效治理.     

基于D-S证据理论的空区稳定性识别与工程应用

地下矿山开采时,受采矿方法和开采工艺的影响,产生大量采空区,它是影响井下矿山安全生产的主要因素。群空区稳定性的影响因素主要包括4个方面,即:采空区的结构形态参数、群空区的空间分布特征、群空区的应力环境和特征值、采空区的地质环境和矿岩体的物理力学参数,形成了群空区稳定性影响因素的多源信息数据库。为了识别矿山井下空区的稳定性,以CMS空区探测、数值模拟和岩体力学属性为多源信息来源,应用层次分析进行因素权值分析,建立了基于D-S证据理论多源信息融合的群空区稳定性分析模型。针对某矿山的工程现状,实现了采空区的4级稳定性分级。研究结果表明:群空区稳定性与结构参数、地质参数和应力环境参数有关,是一典型的多源信息融合系统,运用D-S证据理论实现了采空区的多源信息融合的稳定性分级,分级结果有利于矿山的安全处置和控制。     

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。     

基于采矿环境再造的再构空间结构稳定性分析

软破矿体高效安全开采是一个现代采矿技术难题.基于采矿施工过程力学、结构力学理论基础,提出了采矿环境再造的新采矿技术与理论,即利用钢筋混凝土实现采矿空间结构再构,并以再构空间环境开展采矿作业.以Ansys软件为工具,对采矿环境的空间再构的结构进行数值模拟试验,分析其应力、变形和混凝土的裂隙演化状态.在采空区未充填和充填两种模式下,再构空间结构的最大垂直位移分别是0.30 m和0.14 m,而最大的拉应力达到3.8 MPa,最大压应力达到42.2 MPa.而采矿过程中,未充填的人工再构顶板结构混凝土中存在大量的二维裂隙,并且在顶板中心位置存在部分三维裂隙发育.结果表明,在进行采矿环境再构的构筑物,能够承受采动过程中的应力转移,但由于裂隙的存在,顶板需要采用合理的锚支补强和空区充填技术,强化再构顶板构筑物的安全稳定性.     

采空区治理技术及其适用性

长期以来,应用留矿、空场等采矿方法开采的矿山,空区没有得到及时处理,相继发生了顶板崩落和地表岩移等灾害.考虑到影响岩体移动的不同因素,空区开采引起岩层移动将显现不同特征,所带来的影响也不同.因此在了解采空区治理技术及适用性的基础上,选择合理的空区处理方法以减少引起空区岩体移动产生的危害具有实际意义.     

中小型金矿山采空区处理方案

以某典型中小型金矿山的采空区为研究背景,结合空区特点提出了封堵治理方案,矿山严格按着设计方案进行操作,可以满足安全要求,对类似矿山有一定的指导作用.取得以下结论:(1)总结分析了矿山开采空区现状与地质及水文开采技术条件.(2)对现有采空区的安全隐患进行了分析评价.(3)提出了在地表修建护栏网、井下废弃巷道进行封闭等措施的空区处理方案.(4)制订了封堵过程中安全技术措施,并从地压管理、通风等方面给出了安全防范措施.