红岭多金属矿复杂采空区稳定性

为确保矿山的正常安全生产和经济效益,以红岭多金属矿复杂采空区为例,针对遗留的大量采空区问题,进行稳定性研究。在现场监测数据基础上,通过数值模拟及K.B.鲁别涅依他公式法分别研究了空区间柱、顶板和上下盘围岩的稳定性,并与现场实际情况做对比分析。结果表明：将现场调查结果、数值模拟方法及经验公式分析方法相结合,对空区稳定性进行综合评判,全面地获得复杂采空区的稳定性情况以及潜在破坏区域,可更有效地指导工程实践,研究结果可为下一步矿山安全回采提供依据。     

动力扰动作用下采空区公路稳定性

为研究动力扰动作用下采空区公路的稳定性,以辽宁凤城某采空区公路为研究对象,基于弹性板理论,建立了交通载荷和自重应力共同作用下的采空区顶板—煤柱突变力学模型,根据此模型分析了交通载荷对采空区公路安全稳定性的影响,并采用FLAC3D软件对地震和采动耦合作用下的采空区路基稳定性进行了数值模拟.研究结果表明:建立的力学模型能够准确地描述交通载荷和自重应力作用下的采空区顶板—煤柱的变形特征,在单一交通载荷作用下该采空区顶板未出现大面积冒落和采空区公路塌陷;在地震和采动耦合作用下,该公路出现了较大的下沉和水平移动,顶板失稳,采空区受到地震载荷作用下出现了"活化",诱发上覆岩层的移动和变形;公路将出现塌陷坑和拉伸裂缝,道路中心线出现了偏移,对道路安全影响较大.     

一种多层采空区群稳定性的综合评价法

为准确评价多层采空区群的稳定性,考虑到数值模拟的局限性且采空区稳定性影响因素较多,提出数值模拟分析(整体分析)与多级模糊评判(单个分析)相结合的综合评价方法。以实际工程为例,建立矿体及采空区群三维整体数值模型,并利用FLAC3D软件研究其应力分布和塑性区(结构塑性强度破坏方面)以及采空区顶板中点位移监控(变形控制方面)。采用多级模糊评判对单个采空区的稳定性进行评价,对比分析这2种方法的异同,以便得出更准确的稳定性分类。研究结果表明:1号、2号和11号空区,处于不稳定状态,13号等9个空区处于较不稳定空区;采用该综合评价法所得的评判结果能更好地反映复杂多层采空区群的稳定程度,精度较高,为矿山复杂多层采空区群稳定性评价提供了一种新的可行的思路和方法。     

采空区复杂顶板的三维分形特性及曲面模拟

以石人沟铁矿采空区探测为工程背景,首先基于分形理论,对采空区复杂顶板的三维分形特性进行定量研究,得到对应的分维值。针对采空区顶板具有自相似性的特点,应用参数方程分形插值迭代函数系统,对采空区顶板进行模拟分析。在现场有限的已知点的基础上,对采空区顶板曲面进行模拟重构。研究结果表明:采空区顶板具有明显的分形特性,顶板的三维分维值综合反映了边界线的复杂程度、暴露面积及垂直方向上起伏的剧烈程度,定量地表征了顶板的非线性程度;最终模拟重构的精度与参数ci密切相关,ci越小模拟精度越大,越接近实际情况。采空区的分形特性从本质上反映了采空区边界的非线性特征。     

湖南某萤石矿地下采空区群稳定性分析与控制研究

基于现在地下采空区对生产和安全带来的影响,就某萤石矿地下采空区群稳定性分析与控制开展研究,并通过FLAC3D建立了该矿地下采空区群稳定性分析与控制的地质模型,同时对未进行充填的地下采空区群的稳定性进行了数值模拟研究,提出稳定性的控制措施.     

基于实测的复杂采空区稳定性分析

结合某铁矿采空区的实际情况,采用空区三维激光探测系统对采空区进行了探测,准确掌握了采空区的三维形态和空间位置,为采空区稳定性数值模拟分析奠定了基础.并运用3DMine软件建立采空区三维模型和矿区地学三维模型,提出采用数据转换的耦合模式将3DMine与Flac3D耦合构建数值计算模型进行数值模拟计算,根据模拟计算结果对采空区的围岩稳定性进行了分析,结果表明,矿体被开挖以后,由于围岩应力重分布,空区顶板及侧壁围岩处于较明显的拉应力状态,空区围岩位移以顶板Z向位移为主,矿柱侧向位移不明显,但空区围岩的塑性分布范围较广,主要集中在空区的顶板及底板,而矿柱顶部的塑性分布将会导致矿柱塑性变形失稳,对所测采空区的稳定性产生很大的影响.     

群空区稳定性聚类分级及处治对策

为对群空区进行稳定性分级及综合处理研究,在前期空区探测的基础上,基于三维数值模拟程序M1DAS/GTS与FLAC 3D耦合对采空区的稳定性进行模拟分析,综合考虑顶板最大位移、最大主应力、最小主应力等3个因素对群空区进行聚类分级,并在此基础上提出群空区的综合处治对策.结果表明:运用模糊聚类分析方法,实现最大顶板位移、最大...     

采空区群蠕变突变三维力学模型构建及稳定性精确预测

针对双向分层条式充填采矿法空区群特点,系统地构建顶板和矿柱为一体的三维空间力学模型,引入弹性力学和结构力学相关理论,推导出3种边界条件下顶板中心下沉挠度的曲线方程。综合运用突变和蠕变理论,从能量转化角度阐明采空区群突变机理,建立采空区群系统突变失稳计算流程,导出采空区群顶板蠕变微分方程,实现对采空区群突变失稳规律和稳定时限的精确预测,通过实例计算和数值模拟分析,验证其有效性。此外,全面分析影响采空区群稳定性的主控因子,并得出影响因子的影响程度。通过调节影响因子参数,可预测控制采空区群稳定性,选择最佳充填时机,优化采场结构参数。研究结果表明:采空区群系统稳定性与矿柱支撑面积率、矿柱峰值抗压强度、矿柱弹性模量呈正相关,与顶板均布荷载呈负相关;当顶板-矿柱系统处在固支模式时,采场参数对系统稳定性影响最显著;当采场参数足够大时,固支模型和简支模型对系统稳定性影响差距不明显。     

民采空区地压数值模拟稳定性分析

根据河南栾川钼矿马圈矿区民采空区处理方案，对其民采空区地压进行了数值模拟稳定性分析．采用RFPA’98软件分3种情况对民采空区顶板、矿柱进行了位移加载破坏过程的模拟，确定民采空区的危险区域，为预防预报民采空区的垮塌提供了安全技术依据．     

采空区群残采充填方案稳定性分析

为研究残采条件下的采空区群失稳响应控制,借助采空区群动力响应模型与类框架结构模型,从动力响应及应力响应这2个方面分析采空区群失稳控制效果。以某大型金属矿山4个中段12个单元采空区组成的采空区群为例,研究残矿回采工程中完全充填(方案I)与不完全充填(方案II)下采空区群的失稳响应控制。研究结果表明:方案I经充填处理后,拉应力分布范围整体上移,主要集聚在1 570 m中段顶板处,1 420 m中段底板处拉应力集聚现象基本消除;方案II经充填处理后,其拉应力集聚被缓解,保持在稳定范围之内;方案I经充填处理后,采空区群各中段顶板位移及速度响应大幅度下降,达到较好的充填效果;方案II经充填处理后,采空区群各中段顶板位移及速度响应也明显降低,且其降幅与方案I的降幅基本持平;空区群采用方案II充填后,所形成新的采空区群系统具有较强稳定性,考虑到时间成本及资金等情况,采取方案II对关键空区进行初步充填处理更具有可行性。     

石膏矿采空区顶板下沉量的灰色Verhulst预测

采空区顶板下沉量预测是采用空场类采矿方法的矿山安全生产管理的重要内容之一,也是实现采空区重大危险源有效监控的基本要求.在充分认识采空区顶板下沉特性的基础上,采用灰色Verhulst方法,建立了顶板下沉量预测模型.用该模型对某石膏矿采空区顶板监测的实际数据进行了分析,结果表明该矿采空区已进入危险期.模型精度能满足要求,说明灰色Verhulst模型用于采空区顶板下沉趋势预测具有很好的适用性.     

某矿山Ⅲ号矿体采空区安全性评价

为保证某矿山Ⅲ号矿体+138m中段部分残留矿柱回采工作的顺利进行,需对采空区的安全性进行评价。通过对+138m中段采空区进行实地调查并取样试验,获得了采空区和矿柱的空间分布形态及矿岩力学参数。在此基础上,利用有限差分软件FLAC3D及经典力学理论对采空区顶板及采场预留间柱的稳定性进行分析。结果表明,+138m中段采空区总体上处于较稳定状态,除局部区域安全度略有不足之外,其他区域整体上安全度较高,因此在合理的回采方案下回收部分残留矿柱是安全可行的。     

附加载荷作用下空区顶板稳定性分析

以齐大山铁矿为工程背景,利用FLAC3D软件和Mohr-Coulomb屈服准则,通过极限分析方法和数值模拟技术相结合,研究了在附加载荷的作用下,不同厚度的空区顶板的稳定性.计算结果表明:当顶板厚度小于5.5 m时,顶板的破坏以受拉伸破坏为主,破坏区呈"拱"形向围岩内发展,此时的安全系数和极限承载能力随顶板厚度的变化并不明显,近似呈线性关系;当厚度大于5.5 m后,顶板的安全系数和极限承载能力随顶板厚度增大而迅速增加,因而建议对于10 m跨度的空区,其顶板安全应不小于5.5 m.对岩体黏聚力、内摩擦角和抗拉强度同步进行折减得到破坏区与增量加载的计算结果相似,得到的安全系数要小于仅折减黏聚力和内摩...     

活井旺采采空区飓风灾害的理论预测与防灾工程设计

依据活井21^上 303旺采工作面的布置与开采情况，参照1-2上煤层的顶板赋存结构条件，分析预测在1—2^上 煤层顶板在采空区整体切落时现有采空区飓风灾害的程度，并评价现场实施的防灾工程的安全程度，对今后的防灾工程决策具有重要意义。理论预测成果和评价设计方法在现场实际应用，效果良好，证明其科学可靠性。     

精准三维激光探测结合可视化建模的采空区稳定性分析

精准地掌握复杂采空区的三维形态及其空间的相对位移,是进一步开展空区稳定性可靠分析的前提。以中核赣州某铀矿区为背景,利用BLSS-PE矿用三维激光扫描和测量系统,对该采空区进行三维探测分析并对三维探测所得数据信息进行数字化处理转换,应用DIMINE建立采空区的三维空间模型,经过数字化处理后实现了与FLAC^3D模型的无缝耦合,从而形成了三维数值运算模式。研究结果表明：818-2#采场在开挖后最大主应力增加且最大值出现在采空区顶底板,最小应力基本保持不变,上下盘虽出现拉应力,但低于围岩抗拉强度;818-2#采场最大水平位移和最大垂直位移均较小,且随着采场的逐步回采,采空区围岩出现塑性区,但面积较小。因此,采空区整体上呈稳定状态。研究结果为矿山地压管理和综合治理提供了有力的依据。     

复采条带煤柱沿空掘巷稳定性研究

详细分析了条带煤柱复采时沿空掘巷的支护特点。预板锚杆对沿空掘巷的总体稳定性无法起到有效的控制作用,只有提高围岩的强度,发挥围岩的自承能力才能对巷道起到有效的支护作用。针对岱庄煤矿矿2351工作面的具体地质条件确定了具体的支护方式。通过对巷道的支护效果监测分析在该支护方式下,巷道两帮及预板在巷遭开挖初期变形明显,两帮变形尤其是非生产帮变形明显大于项板变形;由于采空区上方顶板跨落倾斜作用于非生产帮外侧,非生产帮2．2m处所受压力大于1．0m处所受压力;巷道掘进完成以后变形和压力仍然有所增加,但最终趋于稳定。研究表明采用高强度左旋连续螺纹锚杆加低松弛预应力错索的联合支护方式能够保证巷道两帮及顶板围岩的稳定性。     

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.     

不同水平充填纵向采空区群的爆破动力响应衰减规律

以爆破荷载下不同水平充填的纵向采空区群动力响应为研究对象,考虑充填体与围岩的摩擦阻力作用,按充填采空区群的层数不同分为3种工况建立动力响应模型,分析各层中围岩、顶板和充填体的位移、速度响应衰减规律。计算结果表明:在爆炸应力波作用下,充填采空区群内各部位的振动具有一定滞后性;同一工况下,与位于同一层的围岩和顶板相比,充填体的振动频率衰减最快;各工况下,速度和位移的初始响应频率和幅值相近,但层数越多的充填采空区群的动力响应衰减速率越快,恢复至平衡状态所需时间也越短。将动力模型计算结果与数值模拟结果和现场监测数据进行对比,三者速度响应的幅值、频率接近,并具有相似的衰减规律,验证了动力响应模型的可靠性。     

近距离采空区下大断面巷道顶板稳定分析

近距离采空区下大断面巷道顶板受煤层开采和巷道掘进两次采掘扰动,为研究两次扰动对巷道顶板稳定性的影响,以任楼煤矿Ⅱ8224切眼巷道为工程背景,利用理论分析、数值模拟及现场实测的方法,对采空区卸荷影响深度和巷道采掘扰动特征进行分析。结果表明：采空区卸荷影响深度的理论计算结果、数值模拟计算结果与钻取岩芯分析结果三者一致,受卸荷影响范围内的岩层会向上隆起;采空区下大断面巷道顶板的下沉时间为14d,最大下沉速度仅为15 mm/d。得出结论：采空区卸荷对煤层底板的扰动破坏影响深度为5.2 m;受采空区卸荷影响,巷道顶板下沉时间、下沉速度和下沉量较小。