文档介绍：嗣后充填充填料室内试验与
目录
前言
采空区破坏机理研究
充填配比优化及作用机理
空区与充填体匹配研究
1.
2.
3.
4.
Central South University
1、前言
2004年05月,甘肃山丹吴涛煤矿透水事故,该矿在采煤过程中与周边矿井老采空区
贯通,导致老空区积水涌入矿井;
2004年06月,湖北鹏凌矿业一铜矿发生特大透水事故,11人遇难
2004年10月,四川雅安宇通石材公司矿山坍塌事故,13人死亡,9人受伤
2005年11月,河北邢台石膏矿空区坍塌,36人死亡,33人受伤
2005年12月,吉林省长春市长岭煤矿采空区透水,6人受伤
2006年08月,湖南石门县蒙泉镇天子岗村天德石膏矿老采空区突然发生大面积
整体垮塌,共有6人遇难,另有4人下落不明
2007年03月,辽宁抚顺矿业集团公司老虎台煤矿发生特大透水事故,造成22人死亡、
7人下落不明
2008年06月,造成6死10伤的“6·18余杭矿难”原因采空区未经处理形成蓄
水空间,在强降雨气候条件下,大量雨水渗入矿洞引发透水事件
采用空场法开采后遗留下大量的空区,空区的存在给矿山的安全生产带了隐患。
空区危害
高阶段充填
1)原岩应力高,岩石的应变能高度聚集,并在瞬间成爆炸性释放,其破坏性极为剧烈,并可能导致地震活动,因此充填体的主要功能将是阻止或减缓这种能量瞬间的释放,这就对充填体强度和质量有更高的要求;
2)深井开采,充填倍线小(1~3),这为输送高浓度浆体、提高充填体质量创造了必要条件。因此,研究高浓度浆体管道输送特性,根据充填料浆特性,分析料浆制备与输送系统的适应性,是实现高浓度充填料输送,提高充填体强度的关键之一;
3)为了实现高浓度充填浆体的自流管道输送,必须研究深井两相流输送技术,即料浆特性、料浆配合比、密度、粘度等高浓度浆体管输特性对临界流速的影响及相应的管道水力参数的计算;
6)研究高压流动浆体对管道的动力磨损机理,实现对深井管道磨损程度的预测,合理采用降低管道磨损的技术对策,对延长管道的服务年限,降低成本同样十分重要。
4)深井管输系统,由于地表与井下高差大、充填倍线小、料浆在输送过程中,流速大,将对管道形成较高的压力,因此必须解决系统减压问题,否则将严重影响到管输系统的安全运行;
5)深井自流管输系统由于料浆运行速度高,将对管道垂直段产生严重的冲击磨损,因此研究满管流输送技术,实现深井充填系统满管流输送,降低冲击磨损具有非常重要的工程意义;
(1)采空区稳定性分析
非煤矿山大量的事故表明空区治理应该引起人们的注意,由于空区的存在,给矿山安全生产带来了隐患。理论分析和数值模拟两个方面出发,综合评定采空区稳定性。
(2)不同配比尾砂胶结充填体破坏模型与最佳充填体强度优化设计
选择合适的充填材料,实现高质量充填对深部高阶段采矿具有重要的意义。为此,有必要探讨充填体强度的影响因素,对充填体强度进行优化设计,提高胶结充填体强度,实现高质量充填。
(3)高阶段分层充填体力学模型及与深部岩体的匹配分析
探讨充填体与岩体的合理匹配,为充填设计提供理论指导。从另个方面探讨充填体的优选。
本文的研究内容
采空区破坏机理研究
空区稳定性分析方法
成拱分析法
依据地质条件、工程实例及经验判断
结构力学分析法
顶板坍塌自行堵塞估算法
荷载传递线交汇法
数值计算法
弹性理论应力分析空区
空区
稳
定
性
主
要
分析
方
法
《岩土工程手册》中所采用的方法
UDEC、3DEC
Flac
Ansys
定性评价
半定量评价
a 空区顶板稳定性的理论分析
空区顶板的稳定性分析
空区水平顶板看做是两端固定的梁,岩梁的自身重量作为载荷,由此计算岩梁的最大拉应力
简化成两端固定梁
拱形顶板空区的稳定性分析
拱形空区在顶板内形成破裂拱,假定拱在垂直面上成抛物线形状并沿其中心轴线对称,由此计算顶板底脚最大压应力和中心最大拉应力
破裂拱中心线及坐标系
拱形空区顶板破裂拱
Z方向应力云图
Z方向位移云图
最大位移出现在空区上边界,,最大位移发生在顶板上方围岩处
空区的存在使空区围岩发生应力的重新分布,空区正上方围岩和顶板底部出现较大的拉应力,空区边界由于应力集中产生较大的压应力。
b 采空区数值模拟分析分析
对空区真实准确的反映,最理想的方法就是数值建模,为合理的矿山空区灾害治理提供依据,具体实施步骤:先用Surpac软件对空区地表、地下矿体及地下空区群进行三维可视化建模;其后,以Surpac软件中建立模型为基础,可以应用前处理功能较强的MIDAS软件或FLAC-3D软件建立矿