石膏礦采空區(qū)安全控制內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書以石膏礦采空區(qū)安全管理為研究對(duì)象，在石膏礦床地質(zhì)分析基礎(chǔ)上，闡述了石膏礦常用采礦方法——房柱法的技術(shù)特征；在相似模擬基礎(chǔ)上分析了大面積采空區(qū)冒落誘發(fā)動(dòng)力災(zāi)害的機(jī)理，建立了空氣沖擊氣浪風(fēng)速預(yù)測(cè)模型和冒落礦震強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型；在總結(jié)部分礦山礦房頂板與采空區(qū)冒落失穩(wěn)規(guī)律的基礎(chǔ)上， 基于可靠性理論建立了石膏礦采空區(qū)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并對(duì)33個(gè)石膏礦進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。運(yùn)用FLAC3D對(duì)石膏礦采空區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由于石膏礦巖的特殊物理力學(xué)性質(zhì)，蠕變效用顯著，擾動(dòng)流變耦合作用加劇了礦柱與頂板圍巖的破壞進(jìn)程，更好地解釋了石膏礦采空區(qū)大冒落的周期性，提出了采空區(qū)大范圍巖移“隔離礦柱——關(guān)鍵層”控制體系，并基于此提出了石膏礦采空區(qū)處理關(guān)鍵技術(shù)，為石膏礦采空區(qū)治理奠定了基礎(chǔ)。

本書可供科研院所研究人員，礦業(yè)類本科生、研究生和礦山企業(yè)技術(shù)與安全管理人員參考使用。

引言1

第一章 石膏礦開采技術(shù)3

1.1 石膏礦床地質(zhì)特征(石膏礦物物化性質(zhì))3

1.2 石膏礦采礦方法——房柱法5

1.2.1房柱法概述5

1.2.2房柱法實(shí)例6

1.3 遺留采空區(qū)災(zāi)害12

1.3.1采空區(qū)災(zāi)害類型及特征12

1.3.2礦山采空區(qū)災(zāi)害形式12

第二章 石膏礦巖物理力學(xué)特征14

2.1 國(guó)內(nèi)外巖石流變研究14

2.2 石膏礦巖基本力學(xué)性質(zhì)16

2.2.1石膏巖石基本力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究17

2.2.2巖石流變本構(gòu)關(guān)系19

2.3 石膏礦巖蠕變22

2.4 擾動(dòng)流變耦合作用24

2.4.1擾動(dòng)流變耦合作用機(jī)理24

2.4.2不同情況下石膏巖石蠕變?cè)囼?yàn)研究32

第三章 石膏礦采空區(qū)災(zāi)變機(jī)理41

3.1 災(zāi)變機(jī)理簡(jiǎn)介42

3.1.1國(guó)內(nèi)外研究綜述42

3.1.2礦山采空區(qū)災(zāi)害綜合分析44

3.2 沖擊氣浪50

3.2.1沖擊氣浪模擬試驗(yàn)研究50

3.2.2結(jié)論58

3.3 冒落型礦震59

3.3.1冒落型礦震模擬試驗(yàn)研究59

3.3.2冒落型礦震特征77

第四章 石膏礦采空區(qū)穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)79

4.1 石膏礦區(qū)的分析與評(píng)價(jià)79

4.1.1石膏礦采空區(qū)穩(wěn)定型分析與評(píng)價(jià)的復(fù)雜性79

4.1.2評(píng)價(jià)方法與模型83

4.2 穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)84

4.2.1采空區(qū)風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法與指標(biāo)84

4.2.2穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例(以類比模型法為例)88

4.3 石膏礦采空區(qū)長(zhǎng)期穩(wěn)定性92

4.3.1長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究意義92

4.3.2石膏礦采空區(qū)長(zhǎng)期穩(wěn)定性演變機(jī)制及破壞模式92

4.3.3多因素耦合作用下石膏礦采空區(qū)穩(wěn)定性演變97

4.3.4基于經(jīng)典力學(xué)石膏礦采場(chǎng)礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及穩(wěn)定性研究99

4.3.5流變擾動(dòng)等導(dǎo)致巖石力學(xué)參數(shù)變化后的礦塊結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化100

第五章 石膏礦采空區(qū)處理方法與技術(shù)107

5.1 常用方法與技術(shù)評(píng)述108

5.1.1石膏礦采空區(qū)處理方法與關(guān)鍵技術(shù)研究108

5.1.2大面積采空區(qū)穩(wěn)定性控制體系109

5.1.3關(guān)鍵層對(duì)大規(guī)模巖層移動(dòng)的控制122

5.1.4隔離礦柱與關(guān)鍵層匹配設(shè)計(jì)122

5.2 石膏礦采空區(qū)處理技術(shù)及其特點(diǎn)123

5.2.1封閉處理采空區(qū)123

5.2.2緩沖層對(duì)沖擊氣浪的緩沖作用129

5.2.3充填處理采空區(qū)138

5.2.4崩落法處理采空區(qū)139

5.3 強(qiáng)制崩頂處理采空區(qū)案例141

5.3.1礦山開采狀況141

5.3.2礦山采空區(qū)現(xiàn)狀142

5.3.3設(shè)計(jì)方案142

參考文獻(xiàn)149 2100433B

隨著采空區(qū)面積不斷擴(kuò)大，巖體應(yīng)力的集中，有一個(gè)從量變逐漸發(fā)展到質(zhì)變的過程。當(dāng)集中應(yīng)力尚未達(dá)到極限值時(shí)，礦石與圍巖處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。如果在此之前結(jié)束整個(gè)礦體的回采工作，而采空區(qū)即使冒落也不會(huì)帶來災(zāi)難，可將采空區(qū)封閉，任其存在或冒落。這是一種最經(jīng)濟(jì)又簡(jiǎn)便的采空區(qū)處理方法，但其使用條件比較嚴(yán)格，可用于下列兩種情況：

(1)礦石與圍巖極穩(wěn)固，礦體厚度與延伸不大，埋藏不深，地表允許崩落；

(2)埋藏較深的分散孤立的盲采空區(qū)，離主要礦體或主要生產(chǎn)區(qū)較遠(yuǎn)，采空區(qū)上部無作業(yè)區(qū)。

在封堵采空區(qū)時(shí)，要在采空區(qū)附近通往生產(chǎn)區(qū)的巷道中，構(gòu)筑一定厚度的隔墻，使采空區(qū)中圍巖崩落所產(chǎn)生的沖擊氣浪不至造成危害。因此，構(gòu)造充分的緩沖層厚度或通往采空區(qū)的通道封堵長(zhǎng)度是采用封閉法處理采空區(qū)的關(guān)鍵。

對(duì)于那些在其上部存在露天采場(chǎng)或有建筑物的采空區(qū)，由于地表絕對(duì)不允許大面積塌陷。因此，崩落處理采空區(qū)的方法不可行，至于對(duì)采空區(qū)用錨索或錨桿進(jìn)行加固，也只是一種臨時(shí)措施，要徹底根除采空區(qū)帶來的安全隱患.比較可行的手段只能是“充填”。用充填料(廢石，尾砂)充填采空區(qū)。用充填料支撐圍巖，可以減緩或阻止圍巖的變形，以保持其相對(duì)的穩(wěn)定，因?yàn)槌涮畈牧峡蓪?duì)礦柱施以側(cè)向力，有助于提高其強(qiáng)度.常用的充填法有:干石充填法、尾砂充填法、膠結(jié)充填法。

充填法是利用地表中露天剝離的廢石、開采廢石或選礦尾砂作為主要充填骨料，建立充填系統(tǒng)，然后通過采空區(qū)的鉆孔、天井或充填管道將充填料自流(或加壓)充填至井下采空區(qū)。

用充填法處理采空區(qū)，一方面要求對(duì)采空區(qū)的位置、大小以及與相鄰采空區(qū)的所有通道了解清楚，以便對(duì)采空區(qū)進(jìn)行封閉，加設(shè)隔離墻，進(jìn)行充填脫水或防止充填料流失；另一方面，采空區(qū)中必須能有鉆孔、巷道或天井相通，以便充填料能直接進(jìn)入采空區(qū)，達(dá)到密實(shí)、充填采空區(qū)的目的。

充填法用于采空區(qū)處理，具有效果好，見效快，充填密實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但是充填法存在施工難度大，成本高，作業(yè)安全性差等缺點(diǎn)，在采用充填法處理采空區(qū)時(shí)一方面要從安全生產(chǎn)的角度，另一方面要從經(jīng)濟(jì)的角度加以考慮，選用合理的充填材料和研究經(jīng)濟(jì)可行的工藝技術(shù)。