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采矿技术
矿山开采过程中顶板冒落冲击振动规律相似试验研究
来源:金属矿山2020-09-14884
          在金属矿山地下开采过程中,因顶板冒落而引发的矿震是最为严重的危害之一。矿震发生的大多数原因为采场采空区顶板冒落产生的冲击动能直接作用于采场底部,冲击动能其中一部分能量转化为采空区底部岩体的形变能,另一部分能量以振动波的形式传递给采空区下部采场或相邻地下工程结构,造成剧烈振动并致其发生垮塌破坏。矿震的危害具有瞬时性、短暂性、普遍性、先兆不明显及难以预报等特点[1],同时矿震震级受到多个因素的共同影响,其中最主要的因素是采空区顶板冒落时所产生冲击动能的大小。通过相关研究资料[2-3]可知,下部采场所受冲击动能大小的影响因素分别为采空区高度、顶板冒落量、矿体自身强度和采空区底部是否具有安全垫层。

本研究依据相似理论进行砂浆配比,制作与矿山实际情况匹配的砂浆模型,通过物理试验模拟地下矿山采空区顶板冒落,测定在不同冒落高度、不同冒落量、不同矿体强度以及有无安全垫层 4种条件下采空区顶板冒落在下部各采场引起的冲击振动速度,进而揭示地下矿山上部采空区顶板冒落对矿山下部采场稳定性影响的规律,为矿山安全生产提供参考。本研究以相似理论为基础,通过相似模型试验研究矿山开采过程中不同条件下顶板冒落对下部采场冲击振动的规律,根据本次试验得出以下结论:随着冒落高度的升高,各测点的振动速度都有增大;振动速度大小随着冒落高度的增加存在一个突变期,在突变期内振动速度增长最快。振动速度的大小和冒落量多少、材料强度大小呈正相关的关系。采场内存在适当厚度的散体垫层对冒落体具有良好的缓冲作用,当采场存在适当厚度的散体垫层时,各测点的振动速度有明显减小。通过分析所有试验数据可以发现:在各个试验条件下,距离冲击位置越近的测点速度变化越明显;采场顶板冒落对下部采场造成的影响都存在某一临界深度,当超过这一临界深度时,上部采场顶板冒落对其造成的冲击振动影响较小。

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