復雜采空區(qū)穩(wěn)定性及近區(qū)開采安全性研究.pdf

1、大寶山礦采空區(qū)體積大、數(shù)量多且形狀復雜，嚴重威脅了礦區(qū)生產(chǎn)安全。為實現(xiàn)大寶山礦采空區(qū)近區(qū)安全開采，有必要研究采空區(qū)探測技術(shù)，對采空區(qū)群環(huán)境下的關(guān)鍵巖體結(jié)構(gòu)(空區(qū)頂板和礦柱)穩(wěn)定性進行分析，探討采用何種強度的充填體處理采空區(qū)，如何實現(xiàn)采空區(qū)近區(qū)安全開采，并建立采空區(qū)近區(qū)開采的巖體穩(wěn)定性安全預警系統(tǒng)。本文主要研究內(nèi)容如下： 針對大寶山礦采空區(qū)特征，采用激發(fā)極化電法和激光探測技術(shù)對大寶山礦區(qū)采空區(qū)群進行地表宏觀識別和地下精確成像，共計

2、探測地下采空區(qū)體積180多萬m3，這些探測結(jié)果為采空區(qū)穩(wěn)定性分析和空區(qū)充填處理提供了基礎數(shù)據(jù)。 綜合采用結(jié)構(gòu)力學、魯佩涅伊特法、荷載傳遞線交匯法、厚跨比法、長寬比梁板法、有限元數(shù)值模擬法等對采空區(qū)頂板安全性和合理厚度進行了分析，確定了采空區(qū)頂板的安全厚度。 利用數(shù)值方法分析了爆破震動等動載荷擾動下的空區(qū)礦柱動力響應特征，為認識空區(qū)礦柱的力學規(guī)律和破壞防護提供了理論依據(jù)。建立了塌陷區(qū)廢石與圍巖耦合作用力學模型，對大寶山礦區(qū)

3、塌陷區(qū)域穩(wěn)定性進行了研究。 通過對尾砂膠結(jié)充填體強度試驗得出了不同配比的膠結(jié)充填體損傷破壞規(guī)律，首次采用突變理論研究了充填體與巖體的合理匹配，研究結(jié)果表明，大寶山礦采空區(qū)充填時，最低充填體強度確定為0.5MPa比較合理。 對塌陷區(qū)近區(qū)安全開采建立了力學分析模型，用可靠性理論研究了合理礦柱尺寸，根據(jù)研究結(jié)果并結(jié)合大寶山礦井下開拓情況，對于大寶山礦576采空區(qū)以北礦體的安全開采，開采中段高度在70m的條件下，礦柱寬度為12m

4、比較合理。 采用極限平衡分析法，建立了膠結(jié)充填體力學計算模型，對于不同開采技術(shù)條件下充填體力學規(guī)律進行了深入研究。研究結(jié)果顯示，大寶山礦采空區(qū)用配比1：10的充填體能滿足近區(qū)安全開采技術(shù)要求，充填體暴露面積宜控制在3500m2以內(nèi)。 對大寶山礦巖石試件加載及破壞過程的聲發(fā)射進行了試驗，采用混沌理論研究了巖體聲發(fā)射活動規(guī)律。研究結(jié)果表明，巖體破壞之前AE出現(xiàn)反常，聲發(fā)射能率、大事件率急劇減少，混沌吸引子D值減小，巖體出現(xiàn)破