采矿岩体动态稳定性CA模型的建立与系统分析

ＢＭＳ微震监测系统在深部岩体稳定性监测中的应用收稿日期：２０２３－１０－２６；修回日期：２０２４－０２－１８基金项目：国家自然科学基金项目（５１９７４０４３）；国家重点研发计划项目（２０２３ＹＦＣ２９０７４００）作者简介：何玉龙（１９９０—），男，工程师，从事金属矿山采矿技术研究及管理工作；Ｅ ｍａｉｌ：６１０２９０３７＠ｑｑ．ｃｏｍ何玉龙，王栋毅，李海龙（山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿）摘要：随着矿山开采逐渐往深部延伸，出现了轻微岩爆现象，生产区域内存在由岩爆诱发的矿柱失稳和顶板冒落的危险。

根据三山岛金矿深部矿体地质条件和围岩实际地质情况，研制了新一代的ＢＭＳ微震监测系统，构建了矿山预警系统。

该系统能有效监测到采场矿柱失稳和顶板冒落的微弱振动信号，分析微震波形，监测岩爆的发生，为深部矿体安全开采提供依据。

关键词：深部开采；岩体稳定性；岩爆；微震监测；波形分析 中图分类号：ＴＤ３２ 文章编号：１００１－１２７７（２０２４）０４－０００５－０４文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７９２／ｈｊ２０２４０４０２引　言随着对深部矿体的进一步开采，岩爆逐渐成为不可忽视的井下危险因素，由此带来的矿柱失稳和顶板冒落也严重威胁到井下安全。

岩爆是指对高应力区地下工程进行作业时，在开挖活动的扰动下，岩体原有应力被打破，导致其内部储存的应变能突然释放［１－３］，产生破坏。

岩爆的发生常伴随着岩体振动［４］。

采矿活动引起围岩内应力的转移和积聚，岩体在应力作用下发生破裂、产生振动并向四周传播。

检波器监测到振动信号，并进行相关处理和分析，这就是微震监测系统的基本原理［５－７］。

岩体裂隙产生、发育和贯通等过程中始终伴随着微震活动的产生，有效微震信号包含了大量可以表达岩体状态变化的信息［８－１１］。

因此，通过监测岩体的微震信号，可以实现深部矿（岩）体区域稳定性的监测预警。

１　工程背景山东黄金矿业（莱州）有限公司三山岛金矿（下称“三山岛金矿”）是山东黄金集团有限公司的主体矿山之一，下设三山岛金矿直属矿区和新立矿区，是国内唯一海下开采的黄金矿山。

岩石稳定性分析方法及应用岩石稳定性是岩土工程中非常重要的一个研究方向。

在工程中，岩石的稳定性对于确保工程的安全和可靠性至关重要。

本文将介绍一些常见的岩石稳定性分析方法，并探讨其在工程实践中的应用。

一、岩石稳定性分析方法1. 直观法直观法是最简单常用的一种岩石稳定性分析方法。

它基于对岩体的直观观察和经验判断，主要包括裂缝分布、岩体断面形态、岩体颜色变化等方面的观察。

通过对这些直观指标的分析，可以初步评估岩石的稳定性。

2. 摩尔－库伦准则摩尔－库伦准则是基于极限平衡原理和强度理论的一种经典分析方法。

它将岩石视为具有一定内聚力的等效材料，基于材料的内聚强度和应变能耗散能力进行分析，计算岩体是否稳定。

该方法适用于简单的岩石体或者边坡稳定性分析。

3. 数值模拟法数值模拟法是利用计算机进行岩石稳定性分析的一种方法。

它基于有限元或有限差分法，将岩石体离散化为一系列有限大小的元素或节点，通过求解力学方程得到岩体的应力和应变分布。

数值模拟法可以考虑复杂的岩石结构和边界条件，对于复杂工程问题的分析具有较好的适用性。

二、岩石稳定性分析方法的应用1. 边坡稳定性分析在公路、铁路、水电站等工程中，岩石边坡的稳定性是一个必须要考虑的问题。

通过对边坡进行岩石稳定性分析，可以确定边坡的合理坡度和防护措施，确保工程的长期稳定运行。

2. 堡坎固结场稳定性分析堡坎固结场是矿山开采过程中的一个重要工程环节。

通过对岩石堡坎的稳定性进行分析，可以评估岩石的开挖难度和支护方案，确保矿山开采的安全和高效进行。

3. 岩石坝稳定性分析岩石坝在水利工程中应用广泛，其稳定性对于坝体的安全和工程的可靠性至关重要。

通过岩石稳定性分析，可以确定岩石坝的合理坡度和防护措施，保证坝体长期稳定运行，并防止坝体发生破坏。

总结：岩石稳定性分析是岩土工程中的重要内容，通过合理的分析方法和工具，可以评估岩石体的稳定状况，为工程的设计和施工提供科学依据。

本文介绍了一些常见的岩石稳定性分析方法，并探讨了它们在工程实践中的应用领域。

露天转地下开采下矿山边坡稳定性难点解析摘要：目前,我国露天开采的矿山普遍面临一个共同的问题,即随着露天开采的延深,剥离费用会不断增加,所形成的高陡边坡将给矿山安全带来严重威胁，从而造成采矿成本不断增加,从安全和经济方面考虑,这些矿山需从目前的露天开采转为最终的地下开采。

矿山由露天转地下开采后，边坡及坑底周围岩体与地下开采组成一个复合动态变化体系，其变形和力学行为极为复杂，局部呈现出典型的非线性特征。

关键词：露天转地下；采动响应；动态演化特征；力学分析模型；形态方程引言：“十二五”末期以来，我国露天矿主产区的露天矿山均进入深凹露天开采阶段，部分矿区甚至已经转入地下开采阶段。

特别是重要经济区、生态功能区、重点流域的连续层状矿床，呈缓倾斜、薄至中厚、软夹层的赋存状态。

由于其成矿年代久远、历经多次地质构造与浅部露天采矿作业扰动，局部呈现典型的松散体特征，矿体顶板与围岩节理、裂隙发育，属于典型的不稳定岩体类型。

其矿山由露天转入地下开采后，矿体上盘附近还矗立有露天开采形成的层状高陡岩质边坡，该类型露天边坡的存在对地下开采工程产生重要影响。

因此，现阶段需通过现场调研、相似材料模拟试验、数值模拟试验和理论研究，对复杂地质赋存条件下矿床露天转房柱法地下开采后，地下开采与边坡耦合作用下体响应的演化特征及其动态效应进行系统深入研究，以揭示露天层状高陡岩质边坡与地下采场围岩及其上覆岩体的非线性变形机制与动态失稳机理。

相关成果对我国复杂地质赋存条件下矿山露天转地下后地压管理与控制及露天边坡的安全维护具有重要的学术意义和实际应用价值。

1.露天转地下开采的特点自上世纪50年代以来，全世界现已建有有色金属、钢铁、煤炭、黄金、化工等各类露天矿山1500余座。

按矿山当前生产能力计算，露天开采在各类非能源固态矿床开发中所占的比重约为：有色金属矿50%，铁矿87%，化工原料矿71%，建材矿山近100%。

经过几十年持续高强度的开采，绝大多数露天矿山已经进入深凹露天开采阶段，大部分矿山正在或者已经转入地下开采。

煤矿井下岩层稳定性评估与控制技术煤矿井下岩层稳定性评估与控制技术在煤矿工业中具有重要的作用。

为了确保矿工的安全以及保障煤矿的正常运营，岩层稳定性的评估和控制是必不可少的。

本文将介绍煤矿井下岩层稳定性评估与控制技术的相关内容。

一、岩层稳定性评估的意义煤矿井下岩层的稳定性是指在矿井开采过程中，岩层是否能够承受来自地表和井下作业的各种荷载和应力，以保持相对的静力平衡状态。

岩层稳定性的评估对于防止煤层事故和确保矿工的生命安全至关重要。

岩层稳定性评估的主要目的是确定岩层的破坏状态和破坏机理，为煤矿的合理开采和安全生产提供科学依据。

通过对岩层的稳定性进行评估，可以预测矿井开采中可能存在的岩层变形和破坏情况，及时采取相应的措施，保证井下作业的持续进行。

二、岩层稳定性评估的方法岩层稳定性评估的方法多种多样，下面将介绍几种常用的方法：1. 地质勘查方法：通过对煤矿井下地质构造、地层特征和岩性等进行详细的调查和研究，分析煤层和岩层的物理力学性质以及地下水情况，确定岩层的稳定性。

2. 数值模拟方法：采用有限元分析或离散元模拟等数值模拟方法，通过建立合适的模型和边界条件，模拟岩层的力学行为，分析其稳定性。

这种方法具有较为准确的数值计算和结果预测。

3. 模拟试验方法：通过开展室内试验和现场试验，模拟真实开采过程中的工况，测量和观测岩层的变形和破坏情况，以此评估岩层的稳定性。

模拟试验方法能够直接获取物理实验数据，对于理解岩层破坏机理和验证数值模拟结果具有重要意义。

三、岩层稳定性控制技术除了对岩层稳定性进行评估，还需要采取相应的技术措施来控制岩层的稳定性，以保障井下作业的安全进行。

以下是几种常用的岩层稳定性控制技术：1. 支护技术：采用钢支撑、锚杆支护、注浆等方式对岩层进行加固和支撑，增加岩层的抗剪强度和承载能力，以减少岩层变形和破坏。

2. 岩爆防治技术：对于容易发生岩爆的岩层地段，可以采用减振爆破、包护锚杆等技术手段进行控制，以减少岩爆事故的发生。

采空区稳定性论证陈建平【摘要】潘洛铁矿经过多年开采后,在井下形成了多个大小不等、形态复杂的采空区.通过对采空区的现场调查、矿岩取样及围岩节理裂隙的综合分析,对现有空区的稳定性进行了论证,为后期矿块采矿设计的矿柱留设、矿房跨度及空区项板暴露面积的确定提供了参考依据.【期刊名称】《采矿技术》【年(卷),期】2012(012)002【总页数】4页(P52-55)【关键词】采空区;现场调查;岩体分级;稳定性分析【作者】陈建平【作者单位】福建省潘洛铁矿有限责任公司, 福建漳平市 364405【正文语种】中文福建省潘洛铁矿有限责任公司始建于1958年，早期为露天开采，1993年随着1＃、3＃主矿体露天开采完毕，逐步由露天开采转向地下开采，目前已形成坑内开采和浅部小矿体两大开采系统。

全矿设计采矿生产能力为45万t／a，其中坑采系统生产系统为25万t／a，浅部小矿体系统为20万t／a。

矿区内铁矿体主要赋存在船山组底部的矽卡岩中，部分小矿体赋存于花岗岩边部的矽卡岩中，其余均赋存于统林组碎屑岩与船山组灰岩之间的层间断裂中。

坑采系统主要开采4－14线间的131＃、23＃、122＃、2＃等矿体，这4个主矿体储量均达百万吨。

该系统一期设计有＋130，＋100m两个中段，开采地质储量为514万t，可采储量为317万t；二期设计有＋70，＋40m两个中段，开采地质储量为589.6万t，可采储量为442.8万t。

目前＋130m中段的开采已结束并作为回风水平，现井下生产主要在＋70m中段，在＋100m中段进行残采，在＋40m中段主要进行采准作业，局部矿块回采作业。

坑采系统采用竖井开拓，采用留矿全面法、点柱浅眼留矿法和水平进路房柱法开采，矿块结构参数为阶段垂高30m、矿块走向长50m、矿块宽为矿体宽度，若矿块宽度较大，则在采场中间留设8m×8 m的矿柱。

主要开采2＃、23＃、122＃和131＃主矿体及其周边小矿体，目前已开采形成＋130，＋100，＋70 m和＋40m五个中段。

矿井围岩稳定性分析与支护设计矿井是采矿的主要场所，而对于矿井的安全稳定性而言，围岩的稳定性是至关重要的。

因此，本文将围绕矿井围岩稳定性分析以及支护设计展开讨论，并介绍相关的理论知识。

一、概述矿井工作面的支护是矿山开采安全中的一项重要保障，合理的支护设计可以保证矿井的稳定性，保障矿工的安全生产。

首先，我们需要对围岩进行分析，以了解其稳定性，并据此来确定支护的方式和材料。

二、围岩稳定性分析1. 岩体力学性质岩体力学参数主要包括弹性模量、泊松比、内摩擦角、黏聚力等；这些属性都对岩体的稳定性产生很大的影响。

岩体力学性质的测试通常需要采集岩芯试样进行实验室测试，或使用现场测试仪器，例如声波测试仪、电阻率仪和切割试验仪等。

合理的采样及测试可以为后续的稳定性分析提供较为精确的数据。

2. 围岩结构围岩的结构往往包括脆性岩和韧性岩，两者的内部结构不同，对应的围岩稳定性也有所不同，需要考虑相应的支护措施。

如何分析围岩结构，是分析矿井围岩稳定性的关键。

3. 围岩应力特征矿井内部存在着复杂的应力场，围岩应力主要包括垂直应力、水平应力等等。

应力场的分析可以对矿井的设计和支护提供很大的帮助。

三、支护设计1. 岩体紧密程度及其支护岩体紧密程度不同，则其支护措施也就不同，需要制定相应的支护设计方案。

例如，对于厚岩层可采用钻孔锚杆支护法，对于松散岩层则需采取液压支架、皮带输送机等设备同时配合使用。

2. 岩体控制技术岩体控制技术是指在岩体支护的过程中，针对不同的岩体力学参数和结构特点，开发出针对性的技术方法。

例如，矿井内固化注浆、钻孔爆破、岩锚组合支护等技术。

考虑使用岩体控制技术时，应根据矿井和岩体的实际情况进行合理的选择。

四、结论在矿井的稳定性分析与支护设计中，首先需要全面了解围岩的力学参数、结构和应力特征等信息，然后才能设计出合理的支护措施。

合理的支护设计，可以保证矿工的安全生产，并提高矿井的开采效益。

从安全的角度阐述矿山地压监测及管理措施矿山地压是指由于矿山开采活动而引起的地表和地下岩体受力状态的变化，可能导致地表沉降、岩浆涌出、岩层破坏和井灾等危险。

为了确保矿山开采的安全可持续进行，需要进行地压监测和管理。

以下从安全的角度阐述矿山地压监测及管理措施。

一、地压监测1.安装传感器：在矿山地压重要区域安装传感器，监测地表沉降、岩层位移和应力变化等。

传感器可以通过测量变形、位移、应力等参数，实时掌握岩体变化情况。

2.数据采集与分析：将传感器采集到的数据进行实时传输和存储，并利用专业软件进行数据分析和模型建立。

通过分析数据，可以了解地压变化的趋势和规律，预测危险区域发生的可能性。

3.预警系统建立：建立地压预警系统，根据监测数据的变化，定时发布预警信息。

预警系统应包括声光报警设备、短信通知等，并及时采取行动，采取对应的措施减少地压对矿山开采的影响。

二、地压管理1.岩体稳定性分析：通过岩体力学参数的测量和分析，评估岩体的稳定性，包括岩体的抗压强度、黏聚力等。

根据分析结果，制定相应的岩体支护方案，提高岩体的稳定性。

2.支护工程建设：在矿山地压重点区域进行支护工程建设，包括喷锚、锚杆网片、钢支撑等。

通过支护工程的建设和维护，增强岩体的自重承载能力，减少地压产生的风险。

3.平面布置合理化：合理规划矿山开采区域的平面布置，避免在地质条件复杂、地压高的区域进行开采。

对于已经开采的区域，根据实际情况进行调整，缩小工作面大小，减少开采扰动对岩体稳定性的影响。

4.定期检测和维护：对支护工程进行定期检测，发现问题及时修复和加固。

同时要加强巡视和监测，及时发现地压变化异常，及时采取措施保障工作人员的安全。

三、紧急避险措施1.制定应急预案：制定完善的地压突发事件应急预案，明确人员疏散、救援和应急处置的流程和步骤。

提前组织应急演练，确保人员掌握应对地压突发事件的技能。

2.配备应急设备：配备应急救援设备，包括矿灯、防毒面具、逃生绳索等，确保人员在突发情况下能够及时避险。

采空区稳定性评估与治理设计采煤工程是矿山开采的重要环节，然而，由于传统的采煤方法通常会导致采空区的形成，采空区的稳定性问题成为矿山安全管理中的重要考虑因素。

本文将围绕采空区的稳定性评估与治理设计展开讨论，旨在帮助矿山管理者和工程师更好地理解和解决采空区带来的安全隐患。

首先，我们将探讨采空区的稳定性评估方法。

稳定性评估是确定采空区是否有坍塌迹象的重要依据，对于及时采取必要的治理措施至关重要。

常见的稳定性评估方法包括野外观测法、物理力学模型试验以及数值模拟分析法。

野外观测法是通过对采空区进行实地观测、测量和数据收集，以获取采空区的变形和运动情况，从而评估其稳定性。

该方法具有直观性和实用性，但受到环境和人力资源的限制。

物理力学模型试验是通过制作具有相似几何尺寸的采空区模型，模拟采空区中的力学行为，进行研究和测试的方法。

该方法可以更好地控制实验条件，获得定量的力学参数，但需要较高的实验设备和专业知识。

数值模拟分析法是利用计算机数值模拟软件，根据采空区的几何形状、工作面推进、岩石力学特性等参数，建立数学模型，模拟采空区的稳定性行为。

该方法能够快速、准确地预测采空区的变形和破裂情况，是目前较为常用的评估方法之一。

接下来，我们将探讨采空区的治理设计。

采空区治理设计是指根据采空区的特点和固定原理，设计和实施合适的治理措施，以保证采空区的稳定和矿山的安全。

常见的治理设计措施包括采空区充填、采空区支护和地表覆盖等。

采空区充填是将废弃物、填埋材料等充填到采空区以填补空洞，提高地面的支撑性和稳定性。

充填材料可以是矿山废石、尾矿、糟朦胶凝土等，具有较好的支撑和保护作用。

采空区支护是通过在采空区上部设置支护体系，以增加采空区的强度和稳定性。

常见的采空区支护措施包括钢支撑、锚杆喷射混凝土支护、岩锚网等，能够有效地提高采空区的承载能力和抗震能力。

地表覆盖是在采空区上方设置适当的土体层或人工结构，以分担上方地表荷载，减少采空区形成的影响。