露天開采隱患空區(qū)激光三維探測(cè)、可視化研究及其穩(wěn)定性分析.pdf

1、隱患采空區(qū)是目前影響多空區(qū)礦山，尤其是地下轉(zhuǎn)露天開采礦山安全生產(chǎn)的主要危害源之一。隨著臺(tái)階開采的不斷剝離，露天開采境界內(nèi)各臺(tái)階與地下空區(qū)群的隔離層厚度越來越薄，隨時(shí)有可能發(fā)生采空區(qū)項(xiàng)板坍塌事故，特別是在臺(tái)階爆破荷載作用下，采空區(qū)頂板極易發(fā)生動(dòng)態(tài)失穩(wěn)而危及采場(chǎng)工作人員和大型采掘及運(yùn)輸設(shè)備的安全。因此，對(duì)露天開采境界內(nèi)地下采空區(qū)進(jìn)行精確探測(cè)，以采空區(qū)可視化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)合理規(guī)劃礦區(qū)開采，并在探明采空區(qū)的基礎(chǔ)上對(duì)其在地壓和臺(tái)階爆破荷載作用下的穩(wěn)定

2、性進(jìn)行安全評(píng)估，已成為當(dāng)前多空區(qū)露天礦山生產(chǎn)中厄待解決的問題。
　　 本文針對(duì)多空區(qū)露天礦山開采境界內(nèi)采空區(qū)賦存的特點(diǎn)和條件，綜合考慮礦山地質(zhì)、采空區(qū)圍巖穩(wěn)固性等，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)、試驗(yàn)、可視化建模、數(shù)值模擬等方法，采用先進(jìn)的空區(qū)自動(dòng)激光掃描系統(tǒng)(C-ALS)、多模塊可視化礦業(yè)軟件Surpac、巖土軟件FLAC3D和ANASYS、動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬軟件LS-DYNA等一系列數(shù)字化工具，緊密結(jié)合“十一五”國家科技支撐計(jì)劃專題項(xiàng)目“礦井老空

3、區(qū)探測(cè)與水害防治關(guān)鍵技術(shù)及裝備”，以河南洛鉬集團(tuán)欒川三道莊露天礦區(qū)內(nèi)下覆隱患采空區(qū)為工程背景，開展了露天開采境界下采空區(qū)激光三維探測(cè)、空區(qū)群三維可視化、基于C-ALS及Surpac-FLAC3D耦合技術(shù)的復(fù)雜采空區(qū)靜力穩(wěn)定性分析以及露天礦臺(tái)階爆破作業(yè)下采空區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值分析等一系列深入研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　 (1)針對(duì)露天開采境界下隱患采空區(qū)對(duì)礦區(qū)安全生產(chǎn)所形成的威脅，引進(jìn)先進(jìn)的空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)（Cavity Auto

4、-scanning LaserSystem，簡(jiǎn)稱C-ALS），對(duì)其工作原理進(jìn)行探究，通過掃描生成高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)定位采空區(qū)的空間位置，并運(yùn)用數(shù)據(jù)處理軟件(Modelace和Voidwork)生成與采空區(qū)實(shí)際空間形態(tài)一致的采空區(qū)三維表面模型。
　　 (2)研究以不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangular Irregular Network，簡(jiǎn)稱TIN)為基礎(chǔ)的復(fù)雜地質(zhì)體三維可視化建模技術(shù)，并以Surpac軟件為平臺(tái)制定相應(yīng)的復(fù)雜采空區(qū)群露天

5、開采境界三維可視化實(shí)施方案。將該方案應(yīng)用于三道莊露天礦礦區(qū)，建立該礦區(qū)內(nèi)露天開采境界地表、地下礦體以及復(fù)雜采空區(qū)群的三維可視化模型，并重點(diǎn)對(duì)采空區(qū)群內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的通透關(guān)系進(jìn)行三維描述。
　　 (3)在采用空區(qū)激光自動(dòng)掃描系統(tǒng)(C-ALS)對(duì)復(fù)雜采空區(qū)進(jìn)行激光掃描獲得不規(guī)則采空區(qū)實(shí)際空間邊界的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Surpac軟件進(jìn)行三維塊體模擬，研究Surpac與FLAC3D模型耦合技術(shù)，將三維塊體模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入FLAC3D軟件中，生成與實(shí)

6、際采空區(qū)空間分布一致的數(shù)值計(jì)算模型，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘測(cè)的圍巖物理力學(xué)參數(shù)，對(duì)采空區(qū)進(jìn)行靜力計(jì)算，分析采空區(qū)的穩(wěn)定性，提高復(fù)雜采空區(qū)穩(wěn)定性計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。
　　 (4)采用現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，通過回歸分析，得出應(yīng)力波質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)峰值速度(peak particle velocity，簡(jiǎn)稱PPV)及主頻的經(jīng)驗(yàn)衰減公式，在所得經(jīng)驗(yàn)衰減公式的基礎(chǔ)上發(fā)展相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算模型用來模擬臺(tái)階爆破誘導(dǎo)的應(yīng)力波傳播，并利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)