露天開采隱患空區(qū)激光三維探測、可視化研究及其穩(wěn)定性分析.pdf

1、隱患采空區(qū)是目前影響多空區(qū)礦山，尤其是地下轉露天開采礦山安全生產的主要危害源之一。隨著臺階開采的不斷剝離，露天開采境界內各臺階與地下空區(qū)群的隔離層厚度越來越薄，隨時有可能發(fā)生采空區(qū)項板坍塌事故，特別是在臺階爆破荷載作用下，采空區(qū)頂板極易發(fā)生動態(tài)失穩(wěn)而危及采場工作人員和大型采掘及運輸設備的安全。因此，對露天開采境界內地下采空區(qū)進行精確探測，以采空區(qū)可視化數(shù)據(jù)為基礎合理規(guī)劃礦區(qū)開采，并在探明采空區(qū)的基礎上對其在地壓和臺階爆破荷載作用下的穩(wěn)定

2、性進行安全評估，已成為當前多空區(qū)露天礦山生產中厄待解決的問題。
　　 本文針對多空區(qū)露天礦山開采境界內采空區(qū)賦存的特點和條件，綜合考慮礦山地質、采空區(qū)圍巖穩(wěn)固性等，運用現(xiàn)場探測、試驗、可視化建模、數(shù)值模擬等方法，采用先進的空區(qū)自動激光掃描系統(tǒng)(C-ALS)、多模塊可視化礦業(yè)軟件Surpac、巖土軟件FLAC3D和ANASYS、動力學數(shù)值模擬軟件LS-DYNA等一系列數(shù)字化工具，緊密結合“十一五”國家科技支撐計劃專題項目“礦井老空

3、區(qū)探測與水害防治關鍵技術及裝備”，以河南洛鉬集團欒川三道莊露天礦區(qū)內下覆隱患采空區(qū)為工程背景，開展了露天開采境界下采空區(qū)激光三維探測、空區(qū)群三維可視化、基于C-ALS及Surpac-FLAC3D耦合技術的復雜采空區(qū)靜力穩(wěn)定性分析以及露天礦臺階爆破作業(yè)下采空區(qū)穩(wěn)定性數(shù)值分析等一系列深入研究，主要研究內容如下:
　　 (1)針對露天開采境界下隱患采空區(qū)對礦區(qū)安全生產所形成的威脅，引進先進的空區(qū)激光自動掃描系統(tǒng)（Cavity Auto

4、-scanning LaserSystem，簡稱C-ALS），對其工作原理進行探究，通過掃描生成高精度點云數(shù)據(jù)定位采空區(qū)的空間位置，并運用數(shù)據(jù)處理軟件(Modelace和Voidwork)生成與采空區(qū)實際空間形態(tài)一致的采空區(qū)三維表面模型。
　　 (2)研究以不規(guī)則三角網(wǎng)(Triangular Irregular Network，簡稱TIN)為基礎的復雜地質體三維可視化建模技術，并以Surpac軟件為平臺制定相應的復雜采空區(qū)群露天

5、開采境界三維可視化實施方案。將該方案應用于三道莊露天礦礦區(qū)，建立該礦區(qū)內露天開采境界地表、地下礦體以及復雜采空區(qū)群的三維可視化模型，并重點對采空區(qū)群內部錯綜復雜的通透關系進行三維描述。
　　 (3)在采用空區(qū)激光自動掃描系統(tǒng)(C-ALS)對復雜采空區(qū)進行激光掃描獲得不規(guī)則采空區(qū)實際空間邊界的基礎上，運用Surpac軟件進行三維塊體模擬，研究Surpac與FLAC3D模型耦合技術，將三維塊體模型數(shù)據(jù)導入FLAC3D軟件中，生成與實

6、際采空區(qū)空間分布一致的數(shù)值計算模型，并結合現(xiàn)場實際勘測的圍巖物理力學參數(shù)，對采空區(qū)進行靜力計算，分析采空區(qū)的穩(wěn)定性，提高復雜采空區(qū)穩(wěn)定性計算的準確性和可靠性。
　　 (4)采用現(xiàn)場爆破試驗所得數(shù)據(jù)，通過回歸分析，得出應力波質點震動峰值速度(peak particle velocity，簡稱PPV)及主頻的經(jīng)驗衰減公式，在所得經(jīng)驗衰減公式的基礎上發(fā)展相應的動力學數(shù)值計算模型用來模擬臺階爆破誘導的應力波傳播，并利用實測數(shù)據(jù)對該模型進