地下金屬礦山災(zāi)害防治技術(shù)

前言

我國是世界上災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，除了頻繁的自然災(zāi)害外，大規(guī)模的工程活動也很容易誘發(fā)諸多形式的災(zāi)害事故。隨著我國工業(yè)化高潮對礦產(chǎn)品需求的急劇增長，礦業(yè)工程的災(zāi)害事故也頻頻發(fā)生。金屬礦業(yè)類工程的重大災(zāi)害防治內(nèi)容涉及松軟破碎巖體中的片幫冒頂、高應(yīng)力區(qū)開采誘發(fā)的巖爆、開采引起的地面塌陷、井下施工開采過程中的突水、深凹露天礦高陡邊坡的穩(wěn)定性、隔離礦柱應(yīng)力集中帶來的安全問題、井下內(nèi)外因火災(zāi)、深井開采的熱害問題、矽塵及放射性危害等。無底柱分段崩落法自20世紀(jì)60年代初從瑞典引入我國，因其具有結(jié)構(gòu)簡單、采切比小、機(jī)械化程度高、安全性好、采礦強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，在鐵礦山得到廣泛應(yīng)用：但這種方法存在松軟破碎巖體中采準(zhǔn)巷道穩(wěn)定性和安全性差，采區(qū)溜井及主溜井易遭受嚴(yán)重破壞，巖層錯動及地表塌陷的影響范圍和程度難以準(zhǔn)確預(yù)測，深凹露天礦轉(zhuǎn)地下開采高陡邊坡極易失穩(wěn)形成沖擊地壓等問題，這一系列災(zāi)害的預(yù)防和控制的關(guān)鍵性難題需要研究和解決。該書全面系統(tǒng)地總結(jié)了崩落法開采復(fù)雜鐵礦體的主要災(zāi)害類型、預(yù)防和治理的基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐，初步形成了用崩落法開采金屬礦山的災(zāi)害防治系列技術(shù)，為該類礦山的安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保證，也有利于拓寬崩落法的使用范圍。書中涉及的工程依托礦山程潮鐵礦、金山店鐵礦、大冶鐵礦和小官莊鐵礦是具有代表性的復(fù)雜難采鐵礦山。該書是在十幾年來針對武漢鋼鐵集團(tuán)所屬地下鐵礦山開展科研攻關(guān)所取得的成果基礎(chǔ)上撰寫而成的，理論與實(shí)際緊密結(jié)合，以理論指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐并最終解決實(shí)際問題是該書的最大特色。因此，該書不僅具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，對礦山防治災(zāi)害的實(shí)際工作也具有指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)還缺乏系統(tǒng)論述防治金屬礦山崩落法開采引起重大災(zāi)害的專業(yè)書籍，該書論述的基礎(chǔ)理論知識，先進(jìn)的研究方法和手段，以及用崩落法開采時防治災(zāi)害的工程技術(shù)措施，無疑對黑色、有色、黃金礦山都具有很好的參考價(jià)值。中國工程院院士2008年3月

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地總結(jié)了近十年來，在復(fù)雜難采地下鐵礦山開采過程中災(zāi)害防治技術(shù)研究方面取得的最新理論成果和工程實(shí)踐，是一本關(guān)于如何預(yù)防和治理地下金屬礦山常見特重大災(zāi)害技術(shù)方面的專著。主要內(nèi)容包括：金屬礦床采礦與安全概述，深埋破碎松軟礦體采準(zhǔn)巷道綜合維護(hù)技術(shù)與實(shí)踐，主溜井特大塌方綜合治理及穩(wěn)定性分析，崩落法開采圍巖錯動機(jī)理及工程對策，深凹露天轉(zhuǎn)地下安全開采技術(shù)等五個部分。    本書可供大專院校相關(guān)專業(yè)的研究生和教師使用，也可供從事采礦工程技術(shù)的設(shè)計(jì)研究人員，以及礦山安全生產(chǎn)管理人員參考。

作者簡介

匡忠祥，1954年生，漢族，湖北省仙桃市人，教授級高級工程師，享受國務(wù)院政府特殊津貼。分別于1982年和2000年獲武漢科技大學(xué)（原武漢鋼鐵學(xué)院）采礦工程學(xué)士和碩士學(xué)位?，F(xiàn)任武漢鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司總經(jīng)理、中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會常務(wù)理事、湖北省巖石力學(xué)與工程學(xué)會副理事長、中國金屬學(xué)會采礦分會常務(wù)理事等職。國家“十一五”科技支撐項(xiàng)目專題負(fù)責(zé)人，曾領(lǐng)導(dǎo)并直接參與了多項(xiàng)武鋼采礦技術(shù)重大攻關(guān)和科研項(xiàng)目，獲省部級科技進(jìn)步一等獎3項(xiàng)，二等獎3項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇。宋衛(wèi)東，1966年生，漢族，河北省廊坊市人，教授，博士生導(dǎo)師。1989年獲北京科技大學(xué)（原北京鋼鐵學(xué)院）采礦工程學(xué)士學(xué)位，1992年獲北京科技大學(xué)采礦工程碩士學(xué)位，2000年獲北京科技大學(xué)采礦工程博士學(xué)位。2005年獲教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”資助。國家“十一五”科技支撐項(xiàng)目專題負(fù)責(zé)人，參加兩項(xiàng)原冶金部“八五”和“九五”采礦技術(shù)攻關(guān)，負(fù)責(zé)多項(xiàng)橫向科研項(xiàng)目。獲省部級科技進(jìn)步一等獎3項(xiàng)，二等獎5項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇。主要從事采礦工藝及理論、礦山安全技術(shù)及工程、巖石力學(xué)數(shù)值分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面的科研和教學(xué)工作。

書籍目錄

1  概述  1.1  金屬礦床的分類與特性    1.1.1  金屬礦石的種類    1.1.2  金屬礦床的分類    1.1.3  金屬礦床的特性  1.2  金屬礦床采礦與安全    1.2.1  采礦方法分類    1.2.2  地下金屬礦山災(zāi)害分類  1.3  武鋼礦業(yè)公司主要礦山簡介    1.3.1  程潮鐵礦    1.3.2  大冶鐵礦    1.3.3  金山店鐵礦2  深埋破碎松軟礦體采準(zhǔn)巷道綜合維護(hù)技術(shù)與實(shí)踐  2.1  軟巖的分類及其工程特點(diǎn)    2.1.1  軟巖的分類及力學(xué)特性    2.1.2  基于三軸實(shí)驗(yàn)的軟巖破壞準(zhǔn)則    2.1.3  軟巖采準(zhǔn)巷道的變形規(guī)律    2.1.4  軟巖巷道的工程特征    2.1.5  軟巖巷道的支護(hù)原則  2.2  礦巖水理特性研究    2.2.1  礦巖所含礦物成分類型及含量    2.2.2  親水性    2.2.3  崩解特性    2.2.4  膨脹特性    2.2.5  礦巖的軟化性    2.2.6  水理性機(jī)理分析  2.3  采動應(yīng)力分布規(guī)律與圍巖變形機(jī)理    2.3.1  采動地壓顯現(xiàn)的宏觀特征    2.3.2  采動應(yīng)力分布規(guī)律    2.3.3  無底柱采場巷道圍巖變形機(jī)理    2.3.4  圍巖變形破壞機(jī)制    2.3.5  聯(lián)巷岔口穩(wěn)定性分析  2.4  井巷綜合維護(hù)技術(shù)與工程實(shí)踐    2.4.1  概述    2.4.2  垮冒巷道直接維護(hù)技術(shù)    2.4.3  采場巷道間接綜合維護(hù)措施    2.4.4  采場巷道支護(hù)技術(shù)改進(jìn)    2.4.5  采場巷道垮冒綜合治理效果  2.5  采準(zhǔn)巷道支護(hù)專家系統(tǒng)的研究與實(shí)踐    2.5.1  采準(zhǔn)巷道分級支護(hù)設(shè)計(jì)    2.5.2  BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的基本原理    2.5.3  支護(hù)專家系統(tǒng)開發(fā)可行性研究    2.5.4  程潮鐵礦支護(hù)專家系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用3  主溜井特大塌方綜合治理及穩(wěn)定性分析  3.1  緒論    3.1.1  問題的提出    3.1.2  國內(nèi)溜井使用及研究的現(xiàn)狀    3.1.3  巖石預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的研究概況    3.1.4  錨固工程設(shè)計(jì)方法及存在的主要問題    3.1.5  灌漿技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及理論研究    3.1.6  技術(shù)路線  3.2  主溜井破壞因素分析    3.2.1  溜破系統(tǒng)巖體工程穩(wěn)定性評價(jià)    3.2.2  巖體力學(xué)計(jì)算參數(shù)的確定    3.2.3  數(shù)值計(jì)算方法的選擇    3.2.4  主溜井穩(wěn)定性主要影響因素分析  3.3  主溜井加固工程實(shí)例    3.3.1  新城金礦主溜井加固工程    3.3.2  小官莊鐵礦主溜井截堵工程    3.3.3  焦家金礦1號主溜井加固  3.4  程潮鐵礦2號主溜井返修加固的工程結(jié)構(gòu)    3.4.1  傳統(tǒng)加固方法存在的問題    3.4.2  2號主溜井垮冒后圍巖穩(wěn)定性評價(jià)    3.4.3  主溜井整體加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  3.5  二次高壓灌漿預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的施工工藝及作用機(jī)理    3.5.1  巖層二次高壓灌漿預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)的特點(diǎn)及實(shí)施過程    3.5.2  巖層高壓灌漿作用機(jī)理研究    3.5.3  錨索與灌漿體相互作用機(jī)制的分析研究  3.6  高壓灌漿預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化    3.6.1  預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)的理論設(shè)計(jì)    3.6.2  預(yù)應(yīng)力錨索參數(shù)的優(yōu)化  3.7  主溜井加固效果穩(wěn)定性數(shù)值分析及工程驗(yàn)證    3.7.1  2號主溜井加固效果穩(wěn)定性數(shù)值分析    3.7.2  2號主溜井加固效果穩(wěn)定性的工程驗(yàn)證  3.8  結(jié)論4  崩落法開采圍巖錯動機(jī)理及工程對策  4.1  概述    4.1.1  金屬礦山地表移動研究的特點(diǎn)和難點(diǎn)    4.1.2  地表移動的研究方法及現(xiàn)狀    4.1.3  金屬礦巖層移動研究進(jìn)展    4.1.4  巖層移動的工程控制研究狀況  4.2  地下金屬礦山崩落法采礦巖層移動規(guī)律調(diào)查    4.2.1  影響地表變形的方面和因素    4.2.2  無底柱分段崩落采礦法礦山地表移動調(diào)查實(shí)例  4.3  無底柱分段崩落采礦礦巖移動過程與機(jī)理    4.3.1  基本工藝及特點(diǎn)    4.3.2  礦巖崩落與地表移動機(jī)理  4.4  東主井地表巖層變形監(jiān)測與錯動機(jī)理    4.4.1  礦區(qū)地質(zhì)概況    4.4.2  開采過程調(diào)查    4.4.3  東區(qū)地表塌陷情況調(diào)查    4.4.4  東區(qū)近期地表移動監(jiān)測    4.4.5  東主井地表變形破壞機(jī)理  4.5  程潮鐵礦西區(qū)地表圍巖崩落機(jī)理與移動規(guī)律預(yù)測    4.5.1  巖石力學(xué)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)和巖體絕對應(yīng)力量測    4.5.2  西區(qū)地表移動規(guī)律神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能預(yù)測    4.5.3  西區(qū)開采地表移動變形預(yù)測數(shù)值模擬研究    4.5.4  西區(qū)地表變形預(yù)計(jì)的隨機(jī)介質(zhì)理論    4.5.5  西區(qū)開采圍巖錯動對工程建設(shè)影響和對策  4.6  金山店鐵礦地表圍巖崩落機(jī)理與移動規(guī)律預(yù)測    4.6.1  地表變形的宏觀表現(xiàn)及其特征    4.6.2  地表變形地質(zhì)分析及圍巖移動過程    4.6.3  地表變形離散單元法模擬計(jì)算分析    4.6.4  平行礦體同步開采相似材料模擬5  深凹露天轉(zhuǎn)地下安全開采技術(shù)  5.1  概述    5.1.1  國外露天轉(zhuǎn)地下開采的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀    5.1.2  國內(nèi)露天轉(zhuǎn)地下開采的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀    5.1.3  金屬礦山露天轉(zhuǎn)地下開采的安全技術(shù)問題    5.1.4  露天工作的安全措施  5.2  大冶鐵礦工程背景    5.2.1  礦區(qū)地質(zhì)    5.2.2  礦體地質(zhì)特征    5.2.3  礦床開采技術(shù)條件    5.2.4  礦床開拓    5.2.5  開采順序    5.2.6  開采現(xiàn)狀  5.3  大冶鐵礦最終邊坡穩(wěn)定性研究    5.3.1  東露天邊坡穩(wěn)定性研究總結(jié)    5.3.2  東露天轉(zhuǎn)地下開采巖體力學(xué)指標(biāo)研究    5.3.3  本次計(jì)算參數(shù)的確定    5.3.4  計(jì)算剖面的選取    5.3.5  邊坡巖體穩(wěn)定性監(jiān)測    5.3.6  極限平衡理論計(jì)算邊坡穩(wěn)定性    5.3.7  數(shù)值模擬計(jì)算  5.4  露天轉(zhuǎn)地下開采巷道圍巖應(yīng)力場變化規(guī)律    5.4.1  問題的提出    5.4.2  采場地壓顯現(xiàn)和巷道穩(wěn)定性調(diào)查    5.4.3  采準(zhǔn)巷道穩(wěn)定性模擬計(jì)算分析  5.5  深凹露天轉(zhuǎn)地下開采對邊坡穩(wěn)定性的影響    5.5.1  模擬計(jì)算方案    5.5.2  剖面Ⅵ’露天轉(zhuǎn)地下開采    5.5.3  剖面V’露天轉(zhuǎn)地下開采    5.5.4  剖面工一2露天轉(zhuǎn)地下開采  5.6  東露天轉(zhuǎn)地下開采地表錯動范圍    5.6.1  Ⅵ’剖面開采錯動范圍    5.6.2  V’剖面開采錯動范圍    5.6.3  I一2剖面開采錯動范圍    5.6.4  東露天轉(zhuǎn)地下開采錯動范圍的確定  5.7  露天轉(zhuǎn)地下開采的井下防洪排水    5.7.1  設(shè)計(jì)頻率暴雨徑流滲入量計(jì)算    5.7.2  工程實(shí)例     5.8  露天礦殘留礦柱的安全回采    5.8.1  露天坑底礦柱回采    5.8.2  露天邊幫殘留礦體回采    5.8.3  露天礦殘留三角礦柱回采    5.8.4  工程實(shí)例參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

我國是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一。近10年來，每年平均災(zāi)害損失近1600億元，相當(dāng)于國民生產(chǎn)總值的3.8%，國民收入的30%。除了自然災(zāi)害之外，大規(guī)模的工程活動也在不同程度地改變和重塑地質(zhì)環(huán)境，誘發(fā)諸如邊坡失穩(wěn)、地表塌陷和地基失效等災(zāi)變?yōu)暮?。重大工程的?zāi)變?yōu)暮O其復(fù)雜，我國防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)落后，相關(guān)的科學(xué)研究還遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，國務(wù)院通過的《21世紀(jì)議程》中，“防災(zāi)減災(zāi)”是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容?！爸卮蠊こ虨?zāi)害與防治”涉及的研究領(lǐng)域和內(nèi)容十分廣泛。其中，巖土工程災(zāi)害與環(huán)境損傷防治是重要的組成部分。具體到礦業(yè)類工程應(yīng)包括：(1)高應(yīng)力深部地下工程的誘變?yōu)暮εc防治；(2)高應(yīng)力、大采深條件下開挖的巖體動力學(xué)特征及其與圍巖變形破壞、頂板災(zāi)害、瓦斯突出、巖爆的關(guān)系；(3)大型地下開挖工程和城市地下空間利用所引起的地表沉陷和控制，地下含水層和地表水的破壞機(jī)理及保護(hù)措施；(4)結(jié)合重大工程研究邊坡穩(wěn)定性、災(zāi)變機(jī)理、風(fēng)險(xiǎn)評估與防治決策支持系統(tǒng)等。

編輯推薦

《地下金屬礦山災(zāi)害防治技術(shù)》由冶金工業(yè)出版社出版。

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