采空区块体稳定性的模糊随机可靠性研究

在介绍块体稳定可靠性分析各种方法的基础上,分析了采空区块体稳定状态的随机性和模糊性的特点,根据块体理论与模糊分析学中的模糊测度理论,提出了块体稳定性的模糊随机可靠性分析方法,建立了块体稳定性模糊概率测度计算公式,并将该方法应用于浙江遂昌金矿采空区顶板围岩块体稳定性分析的工程实践中,计算结果表明,块体稳定性较差,采空区残留矿柱回采前,需采取相应的安全措施。     

基于突变和流变理论的采空区群系统稳定性

为预防地下矿山采空区群系统高应变能的突然释放引发的灾害,通过构建顶板-矿柱三维空间力学模型,利用突变理论和流变力学理论对其稳定性及突变倾向性作定量与定性分析,推导出系统在不同时刻突变并释放能量的数学判据和力学条件,提出系统稳定性的分析算法并验证了其有效性和实用性,在此基础上探讨各影响因子对该系统稳定性的影响。结果表明：随着矿柱流变,系统突变倾向性减小,但顶板整体性逐渐破坏且边界条件依次进入固支、简支和自由边3个阶段,维持系统稳定的矿柱有效承载面积比率临界值 仅在各阶段内连续减小,在顶板简支和自由边的阶段起点处 值突跳增大,3个阶段 值的平均减小速率依次降低;顶板刚度D、上覆岩层荷载 、矿柱面积比率 和空区群尺寸之间的数值关系对系统稳定性起主导作用。该研究结果可为矿山安全开采规划和采空区群系统稳定性评判及调控提供新思路和新方法。     

湖南邵东两市镇缓倾斜石膏矿床采空区稳定性研究

两市镇缓倾斜石膏矿床采空区稳定性的影响因素,主要有矿体顶板硬壳——青膏层的厚度薄,易吸水软化,抗压抗剪强度低;区内局部节理发育、层理密集;地下水活动以及开采不规范等。针对采空区的顶板厚度、稳固性、矿柱强度等稳定性参数,预测了采空区危险地段,建议对采空区采取监测、封闭、排水、充填、联合支护等既安全又经济可行的防治措施。     

基于颗粒离散元的矿柱群连锁失稳机理分析

矿矿柱群连锁失稳是破坏后果最为严重的采空区失稳模式。本文利用颗粒流离散元PFC2D研究了矿柱群连锁失稳的动态过程以及不同的矿柱安全系数、不同的诱发位置、不同的顶板刚度对矿柱群连锁失稳的影响。结果表明:(1)矿柱群的连锁失稳从诱发矿柱开始,失稳矿柱的应力传递到相邻未失稳的矿柱上造成相邻矿柱失稳,由此引发连锁效应;(2)矿柱的储备安全系数与载荷传递量的相对关系是决定矿柱群是否发生连锁失稳的关键;(3)矿柱群大规模失稳与诱发位置有关,诱发矿柱位于采空区的中心位置更容易形成大规模失稳,而位于采空区的边界位置,由于边界矿柱约束支撑作用则不容易诱发大规模失稳;(4)顶板的刚度显著地影响矿柱群的连锁失稳过程,刚度小的软弱顶板条件下,载荷传递从诱发位置向空区边界依次传递,失稳过程具有显著的"多米诺骨牌效应",而刚度大的坚硬顶板条件下,载荷传递与矿柱失稳不再表现出显著的"多米诺骨牌效应"。本文的研究成果可供开展相关工作借鉴。     

多因素组合影响阶段矿柱上采顶板临界厚度研究

采用散体充填法的矿山,由于充填体无法直接暴露,阶段矿柱回采临界厚度的保留成为残矿回收的突出难题。基于传统弹性梁理论,结合实际情况,将阶段矿柱简化为均布载荷下两端固定的弹性梁力学模型,推导了其弹性应力解,揭示了 是阶段矿柱上采过程的第1破坏应力。理论分析表明：影响矿柱上采顶板临界厚度的主要因素为：散体载荷、回采跨度和岩体抗拉强度。利用FLAC3D完成了多因素组合影响阶段矿柱上采过程数值模拟正交试验,分析了单一影响因素与顶板临界厚度的关系,利用多元非线性回归的数学方法,建立了上采过程三因素组合影响下阶段矿柱临界厚度数学预测公式。最终,实现了散体介质下阶段矿柱上采临界厚度的预测。结合凤凰山铜矿-240 m阶段矿柱回采实际,表明了该预测公式的适用性。     

高位定向长钻孔技术在桃园矿采空区瓦斯治理应用

针对工作面回采后采空区瓦斯易超限问题,采用螺杆马达结合随钻测量技术的定向钻进工艺,在桃园矿1029工作面施工了3个长距离煤层顶板大直径定向钻孔,最大孔深531 m,累计进尺1701 m（含分支孔）,通过精准控制钻孔轨迹,使钻孔沿煤层顶板裂隙带延伸,有效抽采煤层回采后采空区内瓦斯,总结了一套适用于采空区瓦斯治理的高位顶板长钻孔施工方法,保障了煤矿安全高效生产。     

蒙陕深埋矿区工作面涌水量全生命周期演化规律

蒙陕深埋矿区属于新开发矿区,煤炭开采扰动下水文地质特征仍不清楚,基建和生产过程中发生了多种类型的水害问题,其中工作面回采过程中和回采结束后的涌水变化特征研究处于空白,给井下排水系统设置和防治水工作开展增加了难度。为查清工作面回采前后的全生命周期涌水量演化规律,开展顶板含水层分布、导水裂隙带发育、涌水量变化等方面的实测研究。结果表明:煤层顶板地层均属于河流/河湖相沉积,空间上呈含隔水层互层状展布,隔水层的主要岩性为泥岩、砂质泥岩;受控于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡的单斜构造,含煤地层高程在蒙陕接壤区最低,其顶板侏罗纪煤系含水层属于区域性地下水滞流区。煤层顶板地层在中生代沉积旋回作用下,发育了3层直接充水含水层,其中直罗组七里镇砂岩(Ⅰ号含水层)距离3-1煤层顶板77.4~109.4 m,呈富水强、水压高的特点;导水裂隙带实测高度为103.4 m,裂采比18.8,工作面回采过程中导水裂隙带将发育至Ⅰ号含水层。工作面回采前期,随着导水裂隙带向上发育沟通不同含水层,采空区涌水量呈阶段性增加,工作面回采至300 m左右,采空区涌水出现第一个峰值;工作面回采中后期,导水裂隙带持续周期性发育,导致顶板含水层破坏范围不断扩大,采空区涌水量仍呈台阶式增加;工作面回采结束前后,采空区范围内顶板导水裂隙带发育最强烈、范围最大,出现采空区涌水量最高值;工作面回采结束后,在其顶板隔水层中泥质组分的自弥合作用下,隔水层逐渐再造,导水裂隙宽度变窄、数量变少,采空区涌水量“缓坡式”衰减(每小时几十立方米以内)。对工作面涌水量实现全生命周期演化规律掌握,可以为蒙陕深埋矿区井下工作面防治水工作提供科学依据。      

金属矿采空区三维探测及可视化建模与应用

准确掌握采空区形态、大小及其边界是控制因采空区引发的灾害及优化采矿设计等的重要基础性工作。运用空区三维激光探测系统对采空区进行精密探测,获取探测数据,对原始数据处理后,运用三维建模软件Surpac精确构建复杂空区三维可视化模型,直观地表达空区的空间形态;以空区三维模型为基础,进行空区的体积、顶板面积和采场周边的超、欠挖量、存留矿量、采场塌陷区回采指标的计算及动态监测,并准确获得了采空区的实际边界等相关信息,从而为矿山进一步开展矿柱爆破设计、空区充填、贫损测定与控制,以及进行采场垮塌区处理等提供可靠的基础性依据。     

多因素组合影响下向进路充填顶板稳定性计算

下向分层进路充填采矿法中,进路充填顶板的稳定对回采过程安全性至关重要,而分层充填体叠加载荷计算一直是顶板稳定性分析的难点。在充分考虑采动岩体荷载、矿体倾角、相邻分层间回采进路的交错布置、充填体与围岩的接触等工程实际后,推导了进路顶板平衡微分方程,求解得到进路顶板静荷载的理论值。结合回采工艺建立了“多跨梁”力学模型,并得到了回采进路顶板拉应力的理论计算公式,分析得到影响进路顶板稳定性的4个重要理论因素：顶板上部载荷σ v、回采进路跨度l、1:4充填体的厚度h、充填体自身抗拉强度[σt]。为充分考虑进路顶板静载荷和回采爆破动载荷影响,利用FLAC^3D对多因素影响下的顶板稳定性进行了数值模拟正交计算。根据模拟结果,分析了各因素对顶板拉应力的影响规律,利用多元非线性回归的方法建立了多因素组合影响下顶板稳定性评价模型。该模型应用到某铜矿试验采场的实际生产,具有较好的指导作用。     

回采工作面顶底岩层影响湧水的破坏高度的确定

从矿山压力角度出发研究顶、底板岩层破坏高度的确定方法,用来预测矿井突水,比较重要。因为,为了防止矿井突水和安全、经济、合理地开发富水区的煤层,仅定性掌握回采工作中的突水规律是不够的,还须定量确定回采工作面对釆场顶底隔水层破坏的高度或深度。这样才能把握住井下突水规律。兹将我们对这一问题的初步分析研究介绍如下: 一、有关概念的介绍 1.单元采空区:所谓单元采空区是指从“开切眼”开始,沿走向回采煤层至老顶初次来压时的距离b(工作面宽度),工作面实际倾斜长度或倾向水平长度L和煤层的实际采厚m(或累计釆厚)所构成的采空区。 2.顶板有效破坏带;顶板有效破坏带,包括回采工作面顶板的冒落带、有效裂隙带的高     

大跨度采空区软弱破碎岩体加固与利用

作者根据采空区岩体结构特征，通过内模拟试验和岩块尺寸效应试验，研究了岩体的变形和破坏特征，对矿柱和护顶矿柱分别提出了加固补强措施。     

含软弱夹层厚煤层巷帮外错滑移机制与支护研究

含泥岩软夹层大采高工作面回采巷道外错式变形破坏是巷道支护的新课题。通过对三道沟煤矿含软夹矸层5-2厚煤层回采巷道变形实测和围岩钻孔窥视,发现了巷道顶板存在垂直裂隙,巷道两帮破坏区集中于夹矸层附近,且具有副帮大于正帮的特征,巷道变形主要来自于相邻采空区的影响。通过数值计算和物理模拟,揭示了相邻工作面侧方支承压力导致顶板产生垂直向裂隙,引起顶板与巷道夹矸层以上煤体沿软夹层向相邻采空区外错滑移的机制。建立了含软夹矸层巷道自稳平衡拱支护模型,提出了加强巷道上帮支护,控制外错滑移破坏的控制原则,给出了顶板锚索与煤帮长锚杆加强支护方案,工程实践取得了成功。     

对铁路客运专线穿越采空区场地的稳定性检算分析

就主采空区地表塌陷对铁路客运专线的危害性按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》及相关规范技术要求,对线路与主采空区之间的安全距离进行了量化评价,之后就小窑采空区场地对高等级铁路稳定性运用浅埋采空平衡拱的理论量化评价。以上两种量化评价的结果是可以保障线路与主采空区之间的安全距离,该小窑采空区顶板不受力,顶板地基稳定性差,最后文中对场地地基稳定性差的线路基础提出处理措施与建议。     

娄底市双峰县杏子铺镇虎塘村“7125”特大型地面塌陷成因分析

双峰县杏子铺镇虎塘村突发特大型矿山采空区地面塌陷，受灾人口达250余户700余人，造成经济损失约4000万元。本文分析认为，条形保安矿柱尺寸严重偏小、矿房跨度过大、上下采场矿柱重叠率低是引发大面积采空区地面塌陷的根本原因。     

煤矿采空区隐蔽灾害探测及治理技术与实践

我国众多的资源整合矿井中存在着大量未知采空区,由采空区诱发的水害、火灾、顶板突然垮落等灾害事故,为煤矿的安全生产和地表工程建设带来了极大的安全隐患。以鄂尔多斯等地采空区精细物探勘查实例,对比分析了高密度电法、瞬变电磁法、可控源音频大地电磁法和浅层地震法等4种物探方法的适用性,建立了煤矿采空区探测的技术方法。讨论了采空区煤柱稳定性评估方法及采空区地表新建建筑物稳定性评估方法,并采用实例验证了该评估方法的有效性,为采空区隐患治理提供了理论依据。针对采空区隐患提出了采空区注浆充填治理技术、采空区顶板崩落治理技术及露天剥离治理技术,并结合具体实例进行了采空区致灾控制技术应用研究。研究成果为煤矿开采、采空区地表利用、灾害控制提供了一整套经过实践检验的勘查、评估及治理一体化的工作程序和方法。     

石膏矿矿柱-护顶层支撑体系的流变力学模型分析

采用房柱法开采石膏矿体,将石膏矿柱简化为满足西原模型的黏弹塑性体流变模型,采空区上部留设的护顶层简化为弹性矩形薄板,建立了石膏矿矿柱-护顶层支撑体系的流变力学体模型。在此模型的基础上推导了矿柱支撑下采空区护顶层受流变作用的挠度微分方程,并根据其在不同阶段的边界条件采用伽辽金方法对该微分方程进行了求解。研究结果表明:当作用在矿柱上的应力σ大于极限摩阻力σ_s时,石膏矿柱的塑性流变大变形将随时间逐渐增大,极易导致石膏矿柱-护顶层支撑体系破裂直至坍塌;所建立的考虑矿柱流变特性的石膏矿采空区矿柱-护顶层支撑体系力学模型,可以对支撑体系的稳定时间进行预测。     

三山岛金矿矿柱的稳定分析

本文基于三山岛金矿工程地质条件，针对设计所提出的采场和矿柱的尺寸，提出了分析矿柱稳定性的一种新的方法，并应用该方法分析了矿柱的稳定性；同时，提出了提高矿柱承载能力的一种有效途径。另外，还详细讨论了矿柱顶点的深度与长度之间存在的关系。     

蒙陕接壤区深埋煤层开发过程中矿井涌水量变化特征

蒙陕接壤区侏罗系深埋煤层开采过程中,掌握不同阶段矿井涌水量变化规律,是保障煤矿安全的关键。从含水层发育特征、巷道掘进进尺、采空区半径等方面开展了相关研究,结果表明:蒙陕接壤区煤层顶板导水裂缝带范围内的3层复合含水层,富水性差异较大,分别对巷道掘进阶段和工作面回采阶段涌水量影响较大。煤矿建井阶段,矿井涌水量随着巷道掘进进尺增加而增加,但单位进尺涌水量变化不大,平均涌水量为0.008 32 m3/（h·m）。工作面回采前将钻孔水量降至5.0 m3/h以下,水压降至1.0 MPa左右,实现了顶板含水层静储量充分疏放目标。首采面和接续面回采阶段,矿井涌水量呈"阶梯式"平稳增加,矿井涌水量与采空区半径呈线性正相关关系。通过对侏罗系深埋煤层开采过程中矿井涌水量变化规律和影响因素的研究,可以为其他矿井建设和工作面回采提供安全保障和科学依据。      

平邑县左庄石膏矿区塌陷机理探析与防治措施

左庄石膏矿区已发生过3次地面塌陷灾害,但井下调查发现采空区并未塌陷,作者根据矿区地质条件、矿体赋存状态、采矿方法及井巷工程布置等,分析认为致灾原因是矿山在建设初期将井巷工程布置得太靠近地表,在矿床回采时揭穿采空区顶板接触到第四系覆盖层,孔隙潜水携带泥砂流入矿坑发生潜蚀作用,在采空区顶板与第四系覆盖层之间形成“天窗式”砂漏,并逐渐在松散覆盖层中形成土洞,土洞塌陷后引发地面塌陷,形成“似岩溶塌陷”地质灾害,并由此提出了防治措施。     

关于回采部分保安矿柱的可行性探讨

在保安矿柱内进行部分开采是可行的。利用上覆岩体厚度（Ｚ）、内摩擦角（）、安全系数（ｎ）、上覆岩体平均容重（γ）、顶板岩石的内聚力（Ｃ）、巷道半跨度（ａ）等参数导出采空区顶板跨度（Ｌ）公式：Ｌ＝２Ｚｔｇｎｌｎ［１－ｃｔｇ／（ａγ－Ｃ）］;开采所留...