導(dǎo)航：安全管理網(wǎng)>> 安全論文>> 礦山安全論文>>正文

采場暴露空間安全性分析法的研究與應(yīng)用

文檔作者：孫銘楊德全宦秉煉周國慶文檔來源： 1．首都醫(yī)科大學(xué) 2．云錫松礦 3．昆明理工大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2022年11月28日
下載地址：點(diǎn)擊這里	文件大?。?187.95 KB 共4頁	文檔格式： PDF	下載點(diǎn)數(shù)： 1 點(diǎn)（VIP免費(fèi)）

全屏查看

內(nèi)容預(yù)覽 [文件共4頁]

本文件共4頁，如需編輯使用，請(qǐng)下載。

注：預(yù)覽效果可能會(huì)出現(xiàn)部分文字亂碼（如口口口）、內(nèi)容顯示不全等問題，下載是正常的。

	文件大?。?87.95 KB 共4頁文件格式：PDF 下載點(diǎn)數(shù)：1 點(diǎn)（VIP會(huì)員免費(fèi)）

下一篇： 23103大采高長工作面過斷層安全回采實(shí)踐

上一篇：采場直接頂初次斷裂的安全系數(shù)判識(shí)與確定…

文本預(yù)覽

僅提取頁面文字內(nèi)容，供快速閱讀使用。

第16卷第7期
2007年7月
中 國 礦 業(yè)
CHINA M INING M AGAZINE
Vo1．16。No．7
July 2007
采場暴露空間安全性分析法的研究與應(yīng)用
孫 銘 ，楊德全 ，宦秉煉。，周國慶
(1．首都醫(yī)科大學(xué)，北京100069；2．云錫松礦，云南個(gè)舊661421；
3．昆明理工大學(xué)，云南昆明650093)
摘要：本文利用Burgers—Coulomb模型，對(duì)采空區(qū)巖體逐漸破壞的機(jī)理進(jìn)行了分析研究。在此基
礎(chǔ)上，推導(dǎo)并建立了采場安全評(píng)價(jià)的一種新方法一采空區(qū)安全性分析法，并將該方法應(yīng)用于云錫松礦蘆
塘壩10—6礦體開采的安全評(píng)價(jià)，收到了良好的效果。
關(guān)鍵詞：伯格斯一庫倫模型；巖體冒落；開采安全性
中圖分類號(hào)：TD325 ．3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-4051(2007)07一OO98—03
The research and application of safety evaluation method on the m ined-out area
SUN Ming ，YANG De-quan ，HUAN Bing-lian。，ZHOU Guo—qing
(1．Gapital Medical University，Beijing 100069，China；
2．Song shujiao Mine of yunnan Tin Industry Company，Gejiu 661421，China；
3．Kunming University of Science and Technology，Kunming 650093，China)
Abstract：In this paper，the authors analyse the mechanism of rock deformation，displacement and fall—
ing around an opening with time by Burgers-Coulomb mode1．Then a safety evaluation method is setup．An
example is given of applying the method tO mining 10—6 ore body Yunnan Tin Corporation．
Key words：Burgers-Coulonb model；rock falling；stoping safety
1 巖體破壞的時(shí)效性
在采礦工程中，地下開采活動(dòng)形成的采空區(qū)，
將改變巖體中的原始應(yīng)力狀態(tài)，在空區(qū)上部的巖體
中形成應(yīng)力拱，原來空區(qū)內(nèi)的巖體所承受的應(yīng)力已
轉(zhuǎn)移到周圍巖體上，形成應(yīng)力集中。如果產(chǎn)生的應(yīng)
力集中不超過巖體的強(qiáng)度，則整個(gè)開采結(jié)構(gòu)系統(tǒng)形
成暫時(shí)的平衡。如果采空區(qū)不予支護(hù)，對(duì)于采場，
在大多數(shù)情況下，這種平衡將持續(xù)一定的時(shí)間，之
后就可能發(fā)生冒落現(xiàn)象，其規(guī)模和間隔時(shí)間是各不
相同的，取決于巖體的物理化學(xué)性質(zhì)及節(jié)理、裂
隙、斷層、弱面等的數(shù)量及空間分布形態(tài)。暴露的
巖體從暫時(shí)的平衡狀態(tài)到開始破壞冒落，一般都要
經(jīng)過一段時(shí)間，盡管這個(gè)時(shí)間長度變化很大，可以
從幾秒鐘到數(shù)十年或更久。
目前開采設(shè)計(jì)中，在分析巖體穩(wěn)固性時(shí)，一般
只考慮巖石的堅(jiān)固性系數(shù)，它是以巖石的單軸抗壓
強(qiáng)度除以100來表示，有時(shí)還兼顧一下巖石的硬度
及弱面情況，這一方面，模糊數(shù)學(xué)中的聚類分析理
收稿日期：2007—04—28
論可得到充分的利用。但設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的因素常
常被忽視，這就是巖體穩(wěn)定性的時(shí)間因素。
顯然，在開采設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，巖體的穩(wěn)固性評(píng)
估理應(yīng)考慮時(shí)間因素，如果說采空區(qū)周圍的巖體是
穩(wěn)固的，那么這只是相對(duì)的，即在一定時(shí)間范圍內(nèi)
是穩(wěn)固的，超過一定時(shí)間，巖體就可能逐漸發(fā)生冒
落現(xiàn)象。發(fā)生冒落的時(shí)間分布及冒落量取決于許多
因素，包括巖石的性質(zhì)、空區(qū)的面積、節(jié)理裂隙的
分布、空區(qū)的形狀等因素。
在同一個(gè)礦山，采區(qū)附近的不同區(qū)段，上述諸
因素都比較相似。因此，我們可以通過對(duì)礦山開采
后所形成的空區(qū)的地壓活動(dòng)規(guī)律的研究，來預(yù)測現(xiàn)
在開采工作面的安全情況。
2 巖體破壞的時(shí)效性產(chǎn)生的機(jī)理
在空區(qū)頂板或邊幫的巖體中，從宏觀及微觀的
角度，都存在很多弱面和結(jié)構(gòu)面，他們一般是縱橫
交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)，形成的原因很多，主要包括原生的結(jié)
構(gòu)缺陷以及在空硐開挖過程中因鑿巖、爆破等因素
而產(chǎn)生。因此，空區(qū)周圍的巖體可看成許多大大小
小的巖塊搭接而成。
維普資訊 http://www.cqvip.com
第7期 孫銘等：采場暴露空間安全性分析法的研究與應(yīng)用 99
開采過程中剛形成的空區(qū)，在爆破震動(dòng)的作用
下，一些不穩(wěn)的、懸浮的巖體，很快地隨著爆破的
結(jié)束而掉落，使所形成的空間達(dá)到暫時(shí)的平衡和穩(wěn)
定。也可理解為空區(qū)周圍搭接結(jié)構(gòu)達(dá)到暫時(shí)的平
衡。
從實(shí)踐中，我們知道，在應(yīng)力的作用下，空區(qū)
巖體經(jīng)過一些時(shí)間后會(huì)逐漸發(fā)生變形，變形使一些
巖體中的一些隙縫逐漸加大，圍巖中巖塊的相互搭
接的夾制作用就會(huì)發(fā)生變化，這種變化達(dá)到一定程
度后，就會(huì)發(fā)生巖塊的冒落和掉塊，并最終達(dá)到新
的平衡，再進(jìn)入第二輪量變到破壞的過程。造成空
區(qū)巖體變形的因素有很多，其中有兩個(gè)因素起主要
作用。
2．1 巖體的塑性變形過程分析
人們在生產(chǎn)實(shí)踐及力學(xué)試驗(yàn)中知道，巖石一般
都具有彈性和塑性，盡管不同的巖石顯示兩種行為
的程度可能大相徑庭。經(jīng)分析研究，我們認(rèn)為可用
伯格斯(Burgers)一庫倫(Coulonb)模型來綜合
模擬巖石的性質(zhì)，如圖1所示。
圖1 巖體受力行為模擬模型
巖體的破壞規(guī)律可通過研究該模型的行為得
到。如果巖石中的應(yīng)力 超過了巖石的強(qiáng)度S，則
巖體立即發(fā)生破壞，這可由模型中的的庫倫體
(Coulomb)模擬。庫倫體模型為一種理想的塑性
體，模型中為一摩擦片。如果 。
l廠( )一0 0
(18)
式中』9稱為形狀參數(shù)，7稱為尺度參數(shù)。它們與采
場結(jié)構(gòu)和尺寸有關(guān)，可以由礦山已采暴露空區(qū)的有
關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按下式求得。
一Σ ／n一礦(去+1)
一Σ ( 一 ) ／(n一1)一 r( +1)一
(19)
式中，
I1(吉+1)一j’ 古e-tdt；P 2+1)一j’ 舌e d
ti( 一1，2，? ? ，n)為一批統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，即
一批采場空區(qū)從形成暫時(shí)穩(wěn)定的狀態(tài)到發(fā)生冒落的
時(shí)間。
采場在其生產(chǎn)期間T的安全性系數(shù)S Eo，T3
可用下式來計(jì)算，
s[o，T3— 1一P(0≤ t≤ T)一1一I f( )dt
(20)
式中，P (0≤t≤T)表示采場在其生產(chǎn)期T內(nèi)發(fā)
生冒落的概率。
4 采場生產(chǎn)期安全性評(píng)價(jià)分析方法的應(yīng)用
云錫松礦蘆塘壩10—6礦體擬試驗(yàn)采用護(hù)頂房
柱采礦法，下面應(yīng)用上述方法對(duì)該礦段采礦方法的
安全性進(jìn)行分析。
對(duì)現(xiàn)場采空區(qū)的暴露頂板進(jìn)行的調(diào)查及統(tǒng)計(jì)表
明，該礦多數(shù)空區(qū)冒落都是逐步的掉塊、片幫，少
有大規(guī)模的地壓現(xiàn)象。掉塊巖石多屬5～8m 間的
礦化巖塊，到直接老頂后，一般出現(xiàn)光滑的層面，
此層沒有發(fā)現(xiàn)掉塊或冒落的現(xiàn)象。對(duì)相鄰四個(gè)采場
空區(qū)頂板的記錄調(diào)查顯示，它們雖然是用有底部結(jié)
構(gòu)的采礦法，但暴露空間與試驗(yàn)方案的暴露空間在
形態(tài)和尺寸上基本一致。對(duì)四個(gè)采場開采后，首次
發(fā)生較大危害性冒落的時(shí)間分別為8、12、8．6、
13．5個(gè)月。故有，
一 tl／n一10．525
。=Σt ( 一 )。／(n一1)一7．036
代入式(19)，
●
10·525一Eti／ 一 (吉+1)
7·o36一'7。r(吉+1)一10·525。
可解得，p一4．5， 一11．5，代入式(20)，
SEO，T3—1一 蒜 He 1．51／4·5
根據(jù)對(duì)新方案的開采設(shè)計(jì)，采場采用“三強(qiáng)”
(下轉(zhuǎn)第104頁)
維普資訊 http://www.cqvip.com
1O4 中國礦業(yè) 第16卷
用聲波檢測得到的波速等聲波特性參數(shù)與實(shí)驗(yàn)室?guī)r
芯試件的力學(xué)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，可分析巷道圍
巖注漿前后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征，塑性區(qū)和應(yīng)力場的變
化 ，以檢驗(yàn)一次、二次注漿加固效果。經(jīng)聲波測
試，注漿加固后圍巖聲速均高于非注漿段，聲速提
高68％ ，這一結(jié)果表明，注漿后圍巖的強(qiáng)度、孔
隙比等物理力學(xué)參數(shù)， 比注漿前得到了很大改善。
注漿后圍巖力學(xué)性能檢測結(jié)果。注漿加固前，
巖芯裂隙較發(fā)育，裂隙紋絡(luò)清晰可見，巖芯往往從
貫穿或切割巖芯橫斷面的裂隙處斷開，取芯率較
低，只有15％ ；注漿加固后，巖芯裂隙被灰色結(jié)
石充填，從巖芯橫斷面上可以看出，具有裂隙的巖
芯橫斷面大部分被水泥漿所覆蓋，注漿加固后的圍
巖取芯率高達(dá)65％ 。力學(xué)性質(zhì)，注漿加固后，巷
道圍巖不同深處的物理力學(xué)性質(zhì)得到不同程度的改
善。單軸抗壓強(qiáng)度由20MPa增加到60MPa；抗拉
強(qiáng)度1．8MPa增加到2．6MPa；圍巖C值由3MPa
增加到9MPa， 值由25。增加到38。；E由2．0 X
1O MPa增到3．48×10 MPa；泊松比 由0．26降
低到0．2。圍巖抗剪強(qiáng)度由10 MPa提高到25 MPa
以上。參照《工程巖體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，注漿加固前為
節(jié)理化軟巖，注漿加固后提高到中硬巖，易支護(hù)。
巷道注漿后，巖體分類由工程V級(jí)極軟巖改性為Ⅲ
級(jí)中硬巖。注漿加固后，能夠保證巷道的長期穩(wěn)
定，不發(fā)生破壞和突水現(xiàn)象。
4 結(jié)論
(1)根據(jù)有效應(yīng)力原理，分析了突水區(qū)域巷
道圍巖的本構(gòu)關(guān)系，為巷道防突水抗壓巖柱的留置
和參數(shù)的確定，為加固后巷道不發(fā)生突水和長期穩(wěn)
定提供了理論依據(jù)。
(2)根據(jù)試驗(yàn)研究，提出了巷道掘進(jìn)中圍巖
預(yù)注漿防突水控制方案。實(shí)踐中，對(duì)止水巖柱厚
度、布孔、注漿參數(shù)、工藝等進(jìn)行了理論分析和試
驗(yàn)，經(jīng)堵水率、聲波檢測、巖芯、圍巖力學(xué)參數(shù)等
對(duì)比分析表明，圍巖預(yù)注漿控制方案，具有技術(shù)上
可行性、經(jīng)濟(jì)上合理性、安全可靠等特點(diǎn)，具有重
要工程意義。
(3)提出在動(dòng)水壓力作用下巷道預(yù)注漿堵水
時(shí)，布孔參數(shù)的計(jì)算方法，為類似工程設(shè)計(jì)提供參
考。 1
參考文獻(xiàn)
(13 楊 坪，彭振斌，李?yuàn)^強(qiáng)．巷道注漿加固作用機(jī)理及計(jì)算模
型研究[J]．礦冶工程，2005，(1)：4—6．
[2] 李國富．膨脹型軟巖變形機(jī)理與特種控制技術(shù)[J]．金屬礦
山，2006，(6)：18—21．
[3] 張生華，李國富，代學(xué)靈．復(fù)雜應(yīng)力區(qū)軟巖控制理論與支護(hù)
技術(shù)EM]．西安：西安地圖出版社，2003．
[4] 王永紅，沈文． 中國煤礦水害預(yù)防及治理EM]． 北京：
煤炭工業(yè)出版社，1986．
[5] 劉賓．地下工程特殊施工EM]．北京：冶金工業(yè)出版社，
2000．
[6] 韓立軍．巖土加固技術(shù)EM]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，
2005．
[7] 李國富．高應(yīng)力軟巖變形機(jī)理與控制技術(shù)研究[J]．礦山壓
力與頂板管理，2003，(2)：50—53．
米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米
(上接第100頁) 生冒落的概率，安全性大大提高；
開采，開采周期為130d，即T=4．33個(gè)月。代入
上式可解得：
S [O，4．33]一98．77 oA，
5 結(jié)論
上述研究表明：運(yùn)用采場生產(chǎn)期安全性評(píng)價(jià)分
析法，對(duì)云錫松礦蘆塘壩10—6礦體擬試驗(yàn)采用護(hù)
頂房柱采礦法的安全性進(jìn)行分析，在采空區(qū)不采取
支護(hù)的情況下，采用“三強(qiáng)” 開采，在開采周期內(nèi)
結(jié)束整個(gè)回采作業(yè)，其生產(chǎn)的安全可靠性為
98．77％ ，也即在生產(chǎn)期發(fā)生冒落事故的概率僅為
1．23％ ，這是一個(gè)小概率事件，我們可認(rèn)為試驗(yàn)方
案的安全性是很高的。
在生產(chǎn)生產(chǎn)中，為了進(jìn)一步提高采礦生產(chǎn)的安
全性，下述措施也是行之有效的。
(1)對(duì)頂板采用錨桿支護(hù)，可進(jìn)一步降低發(fā)
(2)采用中深孔落礦，也是提高采礦安全性
的有效措施之一；
(3)加強(qiáng)對(duì)巖體的聲發(fā)射監(jiān)測，可以對(duì)采空
區(qū)地壓活動(dòng)進(jìn)行控制，從而進(jìn)一步提高安全性。
總之，采場生產(chǎn)期安全性評(píng)價(jià)分析法，經(jīng)過對(duì)
生產(chǎn)性礦山的實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)采用該方法指導(dǎo)采場
的安全評(píng)估是很有效的。 1
參考文獻(xiàn)
[1] 賀國芳，許海寶．可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析EM]．北京：國
防工作出版社，1996，7．
[2] 黃醒春．巖石力學(xué)EM]．北京：高等教育出版社，2005，
11．
[3] 宦秉煉，陳孝華．巖體局部冒落的預(yù)警系統(tǒng)初探[M]．
1997． 7．

網(wǎng)友評(píng)論 more

礦山安全論文最新內(nèi)容

10-05