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充水环境下房柱法采场稳定性分析

金属矿山 2023年第4期 15-21页

作者：吴高善李学锋杨一豪肖武宁向杰肖遥广西大学资源环境与材料学院广西南宁530000

矿井淹井时井下工程结构的稳定性受到影响,严重时地下水还会诱发采空区失稳塌陷、地面沉陷等地质灾害。结合锡基坑铅锌矿房柱法开采与雨季淹井的特点,按照从局部到整体的研究顺序,采用室内试验、理论计算和数值模拟的手段对充水环境下... 详细信息

矿井淹井时井下工程结构的稳定性受到影响,严重时地下水还会诱发采空区失稳塌陷、地面沉陷等地质灾害。结合锡基坑铅锌矿房柱法开采与雨季淹井的特点,按照从局部到整体的研究顺序,采用室内试验、理论计算和数值模拟的手段对充水环境下的锡基坑铅锌矿房柱法采场的稳定性开展研究。结果表明:(1)充水环境下的矿岩石和矿岩体的力学性能出现了不同程度的下降,矿柱的安全系数降低。(2)充水环境下采场顶板的最大沉降值增大,承受的最大拉应力减小,拉伸破坏区范围增大且更易贯通,采场顶板稳定性降低。(3)充水环境下矿柱受到的最大压应力增大,随着矿柱宽度的减小,矿柱更易发生塑性破坏,矿柱宽度减至3 m时,矿柱出现贯穿性的压剪破坏区,矿柱失效。基于上述结论,针对易受地下水淹井的采用房柱法开采的矿山,提出了加大矿柱尺寸,及时对矿房进行充填,对不合格的矿柱和顶板进行加固等建议。

关键词：充水环境房柱法安全系数采场稳定性数值模拟

基于NPCA-GA-BP神经网络的采场稳定性预测方法

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黄金科学技术 2022年第2期30卷 272-281页

作者：谢饶青陈建宏肖文丰中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

为提高采场稳定性的预测精度,充分考虑采场稳定性高度非线性和受多因素影响的特点,提出了一种基于NPCA-GA-BP神经网络的采场稳定性预测方法。选择影响采场稳定性的10个指标,运用非线性主成分分析减少指标的维度,提取4个主成分综合指标... 详细信息

为提高采场稳定性的预测精度,充分考虑采场稳定性高度非线性和受多因素影响的特点,提出了一种基于NPCA-GA-BP神经网络的采场稳定性预测方法。选择影响采场稳定性的10个指标,运用非线性主成分分析减少指标的维度,提取4个主成分综合指标代替原有的10个指标,简化了神经网络结构,提升了运算速度。利用GA的全局寻优特点优化BP神经网络的权值和阈值,进一步增加了神经网络预测精度。以某矿山实测数据为例,对该预测方法进行验证,对比结果显示:NPCA-GA-BP和GA-BP模型的平均相对误差比BP模型分别降低了10.5%和7.6%,表明通过遗传算法优化BP神经网络可显著提高预测精度;NPCA-GA-BP模型的平均相对误差比GA-BP模型降低了2.9%,表明通过非线性主成分分析减少了变量的维度,提高了预测准确率。研究表明:NPCA-GA-BP预测方法具有更高的采场稳定性预测精度,对实现智慧矿山有一定的指导意义。

关键词：采场稳定性预测精度非线性主成分分析遗传算法 BP神经网络非线性相关

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近距离煤层重复采动下深部采场稳定性分析

煤炭技术 2023年第8期42卷 32-36页

作者：王玉成吴桂义孔德中周礼杰贵州大学矿业学院贵阳550025

针对近距离煤层重复采动下深部采场失稳这一难题,采用理论分析、相似模拟与数值模拟相结合的方法,研究了重复采动下深部采场稳定性。研究得到:在深部高地应力场、高地温场和重复开采扰动的三者共同作用影响下,采场硬岩会表现出流变特征... 详细信息

针对近距离煤层重复采动下深部采场失稳这一难题,采用理论分析、相似模拟与数值模拟相结合的方法,研究了重复采动下深部采场稳定性。研究得到:在深部高地应力场、高地温场和重复开采扰动的三者共同作用影响下,采场硬岩会表现出流变特征,软岩破坏也会出现较大的塑性变形,导致岩体强度变得更低,在相同顶板压力作用下采场更容易失稳;5#煤层开采时,采场上方顶板将形成“拱式”结构和“砌体梁”结构,并会出现2种不同程度的顶板来压现象,频繁来压易造成采场顶板冒顶与煤壁片帮,导致采场失稳;在近距离煤层重复采动下,下位煤层采场围岩稳定性遭到破坏,下工作面周期来压呈不规律现象,失稳的主控因素是采场顶板厚度与煤层厚度比和顶板岩体强度,在深部开采复杂条件下保障采场稳定性的措施是对顶板与煤壁进行超前加固。

关键词：近距离煤层深部开采重复采动采场稳定性相似模拟

基于围岩应力监测和振动监测的采场稳定性研究

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矿冶工程 2023年第2期43卷 1-4页

作者：毛文杰赵国彦王玺陈立强党成凯中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 山东黄金矿业科技有限公司深井开采实验室分公司山东莱州261400

采用自主设计的多功能监测杆对某金属矿采场开挖过程中的围岩稳定性进行实时监测,记录采场回采过程中监测杆长度范围内岩层垂直方向应力变化和围岩振动事件。结果表明,开挖面积增大会导致围岩所受应力和峰值速度呈现上升趋势,反映出围... 详细信息

采用自主设计的多功能监测杆对某金属矿采场开挖过程中的围岩稳定性进行实时监测,记录采场回采过程中监测杆长度范围内岩层垂直方向应力变化和围岩振动事件。结果表明,开挖面积增大会导致围岩所受应力和峰值速度呈现上升趋势,反映出围岩内部发生破裂次数增多,围岩稳定性下降,松动圈深度增加。对于采用集中端头锚固式锚杆进行支护的矿山,锚杆长度大于松动圈深度时,能更有效地控制松动圈演化和岩体冒落。该采场完成为期一个月的开采后,岩层沉降使监测杆长度范围内岩层垂直方向应力增加约3.9 MPa,振动事件强度满足我国爆破振动安全许可标准,综合评价围岩稳定性较好。

关键词：金属矿山围岩应力地压监测多功能监测杆振动信号松动圈采场稳定性

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分层充填体间隔时间对采场稳定性影响

分层充填体间隔时间对采场稳定性影响

作者：文映博辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

针对分次充填会导致充填体强度降低,从而增加采场安全隐患的问题,采用实验研究、理论分析、数值模拟等方法,对分层充填采场的稳定性进行研究。开展单轴抗压强度实验,确定充填间隔时间与充填体单轴抗压强度之间的关系。运用水泥水化反应... 详细信息

针对分次充填会导致充填体强度降低,从而增加采场安全隐患的问题,采用实验研究、理论分析、数值模拟等方法,对分层充填采场的稳定性进行研究。开展单轴抗压强度实验,确定充填间隔时间与充填体单轴抗压强度之间的关系。运用水泥水化反应过程以及损伤力学理论,揭示充填间隔时间影响充填体强度的机理。使用FLAC 3D软件对不同间隔时间充填体的采场稳定性进行分析,确定充填工艺优化参数。(1)开展了充填间隔时间对充填体单轴抗压强度影响规律研究。根据边家大院铅锌银矿的充填工艺参数,分别对单间隙和双间隙充填体进行单轴抗压强度实验。通过分析充填体试件破碎模式,结果表明充填间隙胶结效果与充填间隔时间呈负相关;根据充填体单轴抗压强度,确定了单轴抗压强度随充填间隔时间的变化规律。(2)进行了充填间隔时间对充填体强度影响机理研究。基于水泥水化反应机理和电镜扫描结果,分析了不同水化阶段下水化硅酸钙水化性能及结构的差异,探明了分次充填体内“充填间隙”产生的原因,并得到了间隔时间对充填体损伤面积的影响规律。基于损伤力学理论,建立充填体损伤增量与损伤所需耗散能之间的数学模型。最终揭示了充填间隔时间对充填体强度的影响机理。(3)使用FLAC 3D软件对充填采场的稳定性进行了数值模拟。以三轴压缩试验测得的充填体物理参数作为数据基础,通过对比不同间隔时间充填体采场的应力分布、位移规律,从而优化边家大院铅锌银矿的充填工艺参数,即充填间隔时间不能超过12h。通过本文研究,探明了充填间隔时间与采场稳定性之间的关系,为确定合理充填工艺参数提供依据,对于保证安全回采具有重要意义。该论文有图51幅,表9个,参考文献81篇。

关键词：胶结充填充填间隔时间充填体强度水化反应采场稳定性

极破碎厚大矿体采场稳定性分析及结构参数优化研究

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极破碎厚大矿体采场稳定性分析及结构参数优化研究

作者：宋宇峰江西理工大学

学位级别：硕士

极破碎厚大金属矿体的开采一直是困扰着矿山安全、高效开采的技术难题,本文以国家自然科学基金项目(编号:51764013)为依托,以河南某金属矿山极破碎厚大难采矿体为工程背景,以矿山的地质资料为基础,结合室内岩石力学试验参数和现场调研情... 详细信息

极破碎厚大金属矿体的开采一直是困扰着矿山安全、高效开采的技术难题,本文以国家自然科学基金项目(编号:51764013)为依托,以河南某金属矿山极破碎厚大难采矿体为工程背景,以矿山的地质资料为基础,结合室内岩石力学试验参数和现场调研情况,为了解决该矿山的开采技术难题,进行了相关研究和探索。首先通过Hoke-Brown强度准则等方法对得出的室内岩石力学参数进行折减处理,确定了岩体力学参数;然后利用FLAC3D软件对初步确定的方案进行数值模拟分析,确定出采场稳定的方案;其次采用层次分析法(AHP)与模糊数学法构建优选模型,根据最大隶属度来确定最优采矿方法;再次利用FLAC3D数值模拟对设计出的采场结构参数方案进行模拟分析,来确定出最优采场结构参数。通过以上试验研究和分析得出了以下研究结果:(1)通过开展室内岩石力学试验,得到了斜长角闪岩、混合花岗岩以及矿岩三种岩样在自然状态下的单轴抗压强度、弹性模量、抗拉强度、泊松比、粘聚力、内摩擦角、岩石质量指标RQD值以及岩体完整性系数Kv值。利用Hoke-Brown强度准则等方法将岩石力学参数折减处理为岩体力学参数。通过计算结构面条件因子和岩体体积节理数来确定出GSI值,最终确定出钼矿岩GSI值为20,斜长角闪岩GSI值为53,混合花岗岩GSI值为32,最后通过计算,得出合理的岩体力学参数,为后续的研究提供依据。(2)根据矿山的地质工程情况,矿岩特性与赋存情况,结合类似矿山的开采经验,初选出无底柱分段崩落法、自然崩落法、上向分层进路充填法和下向分层进路充填法四种采矿方法。采用犀牛建模软件(Rhino7)根据矿岩的赋存情况建立合理的理论模型,通过griddle插件进行网格划分,利用FLAC3D数值模拟对4种采矿方法的采场进行稳定性分析,选取出合适的方案,初步断定崩落法稳定性存在问题,不适合采用。再利用层次分析法(AHP)和模糊数学法对前几种方法的影响因素构建理论模型,确定出最大隶属度,其中四种方法的隶属度分别是无底柱分段崩落法为0.4773、自然崩落法为0.5614、上向分层进路充填法为0.4081、以及下向分层进路充填法为0.7198,因此选择下向分层进路充填法为该难采矿体的最优采矿方法。(3)根据选出的最优采矿方法,结合相关的工程经验来确定结构参数,设计出宽度范围为2～5m,高度范围为2～5m的多种采场结构参数方案,利用FLAC3D模拟软件对以上方案进行模拟。最终根据模拟结果,确定出宽度为2m,高度为2m的模拟方案为最优采场结构参数,根据选出的结构参数,初步设计出该方案的采准切割工程量与矿块中各矿量所占的比例,得出同时回采的采场数为4个,因此采场的年生产能力为155520t/a,根据此生产能力确定出每小时所需充填料浆的体积为16.96m/h。人工假顶底层采用灰砂比为1:6,浓度72%的尾砂胶结充填体,上部采用灰砂比为1:10,浓度65%的充填体。本文的研究成果对该矿山极破碎难采矿体的安全、高效开采设计提供科学有益的参考依据。

关键词：岩体力学参数采矿方法数值模拟层次分析法采场结构参数采场稳定性

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无底柱分段崩落法采场稳定性分析

岩土力学 2011年第12期32卷 3768-3772,3779页

作者：陶干强任青云罗辉刘振东南华大学核资源与核燃料工程学院湖南衡阳421001

无底柱分段崩落法是国内外地下矿山广泛采用的采矿方法。长期以来由于受凿岩、装药以及出矿设备的制约,国内矿山大多采用小结构参数的无底柱分段崩落法,所产生的地压问题十分严重,开采效率低。近年来无底柱分段崩落法朝着增大采场结构... 详细信息

无底柱分段崩落法是国内外地下矿山广泛采用的采矿方法。长期以来由于受凿岩、装药以及出矿设备的制约,国内矿山大多采用小结构参数的无底柱分段崩落法,所产生的地压问题十分严重,开采效率低。近年来无底柱分段崩落法朝着增大采场结构参数的方向发展,不但有利于改善采场稳定性,同时还降低了生产成本。因此,开展采场稳定性分析有利于实现安全、高效开采。采用三维有限元方法对10 m×10 m、15 m×15 m、15 m×20 m共3种不同结构参数的崩落法采场进行了数值模拟,对进路开挖与矿石回采两个不同过程的巷道顶板竖直位移、主应力进行分析。数值计算结果表明:进路开挖时15 m×20 m与10 m×10 m的结构参数相比较,巷道顶板的竖直位移降低了20.1%,最小主应力下降了约18.8%;开采过程中顶板的竖直位移、主应力值都比进路开挖时小,采场地压得到改善;进路开挖与矿石回采过程巷道顶板的竖直位移和主应力值都随着结构参数的增大而降低。因此,大结构参数能更好地改善采场地压,增强采场稳定性,采用大结构参数的无底柱分段崩落法是安全可行的。

关键词：无底柱分段崩落法结构参数有限元数值模拟采场稳定性

降雨入渗对浅埋采场稳定性影响的微震监测分析

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岩石力学与工程学报 2016年第A2期35卷 4154-4163页

作者：彭府华李庶林冷修宁程超刘冬春长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 国家金属采矿工程技术研究中心湖南长沙410012 厦门大学建筑与土木工程学院福建厦门361005 江西省修水香炉山钨业有限责任公司江西九江332438

简要叙述香炉山钨矿的工程地质背景、开采背景及地压特点,针对2012年以来各年度降雨入渗对该矿采场稳定性影响问题进行微震监测与研究,对降雨入渗诱发采场失稳典型案例和对采场地压活动影响规律进行微震监测量化分析,并对降雨入渗诱发... 详细信息

简要叙述香炉山钨矿的工程地质背景、开采背景及地压特点,针对2012年以来各年度降雨入渗对该矿采场稳定性影响问题进行微震监测与研究,对降雨入渗诱发采场失稳典型案例和对采场地压活动影响规律进行微震监测量化分析,并对降雨入渗诱发采场失稳机制进行简要分析。结果表明,受降雨入渗影响,采场失稳垮塌前井下微震事件水平明显升高,垮塌区域附近传感器微震水平超预警值;矿山在垮塌后整体上出现了大范围的应力转移与重分布,应力转移到"矿体整体拱形"的周边,并且在应力重分布过程中出现了局部岩体破裂垮塌,在经历近两个月的应力调整后,井下岩体逐渐趋于稳定;井下采场微震事件水平变化具有随降雨量整体上呈周期性变化特点,微震活跃期与雨季降雨之间有一定的滞后期,即说明地压活跃程度随降雨量的增加而增加,降雨入渗是造成香炉山钨矿采场失稳的重要诱因。最后,提出雨季地压灾害防治措施。研究成果对量化评估降雨入渗对浅埋矿山稳定性影响、保障井下安全生产有着重要的意义。

关键词：采矿工程降雨入渗微震监测技术采场稳定性监测预警量化评估

大直径深孔空场嗣后充填法采场结构参数优化及稳定性分析

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金属矿山 2022年第11期51卷 44-51页

作者：陈霖黄明清唐绍辉张铭刘青灵福州大学紫金地质与矿业学院福建福州350108 紫金矿业集团股份有限公司福建厦门361016

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的... 详细信息

大直径深孔空场嗣后充填法是安全高效开采倾斜极厚矿体的有效方法,合理的采场结构参数是维持采场稳定的前提。以Jama铜矿1000万t/a超大规模地下开采为工程背景,利用Mathews稳定图法计算了采场稳定区间和水力半径,并基于“隔三采一”的开采方案,采用FLAC^(3D)软件开展了4组采场结构参数条件下的采场稳定性数值模拟,从而优选出合理的高中段大采场结构参数。Mathews稳定图法采场顶板、侧帮暴露尺寸与水力半径的关系分析表明,当采场顶板跨度为15 m、中段高度为100 m时,采场长度应小于46 m。数值模拟结果表明:二步骤矿柱宽度从15 m增加至19.5 m时,采场顶板的位移、塑性区体积随着跨度增大而增加,底部结构堑沟的两帮安全系数较低且易发生部分剪切破坏。数值模拟与Mathews稳定图法分析结果一致,确定了大直径深孔空场嗣后充填法的最优采场结构参数为采场长度45 m,一步骤矿房宽15 m,二步骤矿柱宽18 m,采场高100 m。研究结果为实现倾斜极厚矿体高中段大采场安全回采提供了理论支撑。

关键词：倾斜极厚矿体超大规模地下开采高中段大采场采场稳定性 Mathews 稳定图