黄金科学技术
img

QQ群聊

img

官方微信

高级检索
作者投稿 专家审稿 编辑办公

黄金科学技术 ›› 2018, Vol. 26 ›› Issue (6): 729-735.doi: 10.11872/j.issn.1005-2518.2018.06.729

所属专题： 专题名称

• • 上一篇    下一篇

“多米诺骨牌”破坏现象下的矿柱群系统可靠度评价

周子龙(),王亦凡*(),柯昌涛   

  1. 1. 中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083
  • 收稿日期:2017-07-12 修回日期:2017-11-08 出版日期:2018-12-31 发布日期:2019-01-24
  • 通讯作者: 王亦凡 E-mail:zlzhou@csu.edu.cn;351375557@qq.com
  • 作者简介:周子龙（1979-），男，湖南长沙人，教授，博士生导师，从事采矿与岩土工程方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    国家基础研究发展计划项目“复杂采空区大规模坍塌的灾害孕育机理研究”（编号：2015CB060200）和国家自然科学基金青年基金项目“硬岩矿床深部开采”（编号：51322403）联合资助

Reliability Evaluation of Pillars System Based on Domino Failure Effect

Zilong ZHOU(),Yifan WANG*(),Changtao KE   

  1. 1. School Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China
  • Received:2017-07-12 Revised:2017-11-08 Online:2018-12-31 Published:2019-01-24
  • Contact: Yifan WANG E-mail:zlzhou@csu.edu.cn;351375557@qq.com

RichHTML

3

PDF (PC)

824

摘要：

采矿作业后残留的采空区对地下作业和地表建筑安全造成极大威胁，开展采空区系统的稳定性评价，有助于指导正常生产并预防灾害的发生。从矿柱“多米诺骨牌”级联破坏现象出发，构建并联矿柱承载模型。对矿柱强度进行估算，建立矿柱群系统承载力的极限状态方程。以某铬铁矿为例，基于Monte-Carlo模拟方法评价不同安全系数标准下矿柱群系统的稳定性，结果表明矿柱群的失效概率远大于失效标准，与矿山实际坍塌相符。在此基础上，研究发现矿柱承载力和矿柱数量是影响矿柱群系统稳定的主要因素。

关键词: 矿柱群, 可靠度, 系统稳定性评价, 多米诺骨牌, 矿柱群承载力, 失效概率, 采空区

Abstract:

The residual goafs after mining operations is a great threaten to underground work and surface building safe.Stability assessment on goafs system helps to guide normal production and prevent disasters.According to pillars’ domino effect，multiple pillars system was constructed，based on which plliars’ strength was calculated and the limitation state equation was proposed.The system’s stability under criteria with different safety factors was estimated by Monte-Carlo simulation method. In a chromite mine，failure probability of multiple pillars system was much higher than failure criteria，which corresponds to the realistic failure.The stability of pillars system was greatly influenced by both pillar bearing capacity and pillar number.

Key words: pillar group, reliability, system stability assessment, domino-type failure, bearing capacity of pillars, failure probability, goaf

中图分类号: 

  • TD32

图1

采空区平面图"

图2

采空区剖面图"

图3

并联矿柱群系统示意图"

图4

计算系统失效概率的Monte-Carlo模拟流程图"

图5

某矿床矿柱布局[14] "

表1

某矿体矿柱基本参数 14 "

矿柱编号 矿柱几何结构 矿柱岩石强度/MPa 矿柱强度/MPa 矿柱承载能力/( × 103kN）
面积/m2 宽度/m 高度/m 体积/m3
2 63 7.9 12 756 14.98 19.1 1 203.3
3 36 6.5 12 432 14.98 19.8 712.8
4 36 6.3 12 432 14.98 19.8 712.8
5 19 4.5 12 228 14.98 20.7 393.3
6 42 7 12 504 14.98 19.6 823.2
8 18 4.2 12 216 14.98 20.8 374.4
10 166 9.2 12 1 992 14.98 17.9 2 971.4
12 108 10.8 12 1 296 14.98 18.5 1 998
13 50 7.7 12 600 14.98 19.4 970
14 213 11.7 12 2 556 14.98 17.7 3 770.1
15 30 6 12 360 14.98 20.1 603
17 10 3.3 12 120 14.98 21.6 216
18 40 6.7 12 480 14.98 19.7 788
19 15 4 12 180 14.98 21 315
20 35 6.4 12 420 14.98 19.9 696.5
21 100 8 12 1 200 14.98 18.5 1 850
22 86 9.6 12 1 032 14.98 18.7 1 608.2
23 130 11.8 12 1 560 14.98 18.3 2 379
24 170 10.5 12 2 040 14.98 17.9 3 043

表2

矿体参数"

参数 数值 参数 数值
岩石密度/（kg ? m-3） 3 800 矿柱数量 19
埋深/m 100 最小矿柱承载力/ ( × 103kPa) 216
采空区投影面积/m2 3 106 最大矿柱承载力/ ( × 103kPa) 3 770.1

图6

矿柱承载力的概率分布"

图7

矿柱群承载力分布对系统失效概率的影响"

图8

矿柱群承载力均值对系统失效概率的影响"

图9

矿柱群数量对系统失效概率的影响"

1 于常先，付其锐，刘成鹏，等 .全充填嗣后连续采矿法在缓倾斜薄矿脉矿柱回采中的应用［J］.黄金科学技术，2014，22（2）：51-54.
Yu Changxian ， Fu Qirui ， Liu Chengpeng ，et al .Application of the full filling afterwards continuous mineral method in the recovery process of gently inclined thin veins pillar［J］.Gold Science and Technology，2014，22（2）：51-54.
2 白朝阳，王国伟，张鹏，等 .水平采空区群条件下矿柱回采爆破位置研究［J］.黄金科学技术，2017，25（4）：81-86.
Bai Zhaoyang ， Wang Guowei ， Zhang Peng ，et al .Research on pillaring blasting location under level gob group conditions［J］.Gold Science and Technology，2017，25（4）：81-86.
3 牛勇，李克钢 .房柱采矿法采场结构参数优化理论研究及应用［J］.黄金科学技术，2015，23（6）：75-80.
Niu Yong ， Li Kegang .Study on the theory of room and pillar mining method optimization of stope structure parameters and its application［J］.Gold Science and Technology，2015，23（6）：75-80.
4 刘学增，翟德元 .矿柱可靠度设计［J］.岩石力学与工程学报，2000，19（1）：85-88.
Liu Xuezeng ， Zhai Deyuan .The reliability design of pillar［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2000，19（1）：85-88.
5 Griffiths D V ， Fenton G A ， Lemons C B .Probabilistic analysis of underground pillar stability［J］.International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics，2002，26（8）：775-791.
6 刘沐宇，徐长佑 .地下采空区矿柱稳定性分析［J］.矿冶工程，2000，20（1）：19-22.
Liu Muyu ， Xu Changyou .Stability analysis of pillar in mined-out area［J］.Mining and Metallurgical Engineering，2000，20（1）：19-22.
7 Deng J ， Yue Z Q ， Tham L G ，et al .Pillar design by combining finite element methods，neural networks and reliability：A case study of the Fenghuangshan copper mine，China［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2003，40（4）：585-599.
8 Cauvin M ， Verdel T ， Salmon R .Modeling uncertainties in mining pillar stability analysis［J］.Risk Analysis，2009，29（10）：1371-1380.
9 Najafi M ， Jalali S E ， Bafghi A R Y ，et al .Prediction of the confidence interval for stability analysis of chain pillars in coal mines［J］.Safety Science，2011，49（5）：651-657.
10 Wattimena R K ， Kramadibrata S ， Sidi I D ，et al .Developing coal pillar stability chart using logistic regression［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2013，58（1）：55-60.
11 Wattimena R K .Predicting the stability of hard rock pillars using multinomial logistic regression［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2014，71：33-40.
12 Idris M A ， Saiang D ， Nordlund E .Stochastic assessment of pillar stability at Laisvall mine using Artificial Neural Network［J］.Tunnelling and Underground Space Technology，2015，49：307-319.
13 张耀平，曹平，袁海平，等 .复杂采空区稳定性数值模拟分析［J］.采矿与安全工程学报，2010，27（2）：233-238.
Zhang Yaoping ， Cao Ping ， Yuan Haiping ，et al .Numerical simulation on stability of complicated goaf［J］.Journal of Mining and Safety Engineering，2010，27（2）：233-238.
14 Dehghan S ， Shahriar K ， Maarefvand P ，et al .3-D numerical modelling of domino failure of hard rock pillars in Fetr6 Chromite Mine，Iran，and comparison with empirical methods［J］.Journal of Central South University，2013，20（2）：541-549.
15 周子龙，李夕兵，赵国彦 .民窿空区群级联失稳评价［J］.自然灾害学报，2007，16（5）：91-95.
Zhou Zilong ， Li Xibing ， Zhao Guoyan .Evaluation of cascading collapse for private mined zone groups［J］.Journal of Natural Disasters，2007，16（5）：91-95.
16 Cording E J ， Hashash Y M A ， Oh J .Analysis of pillar stability of mined gas storage caverns in shale formations［J］.Engineering Geology，2015，184：71-80.
17 Zhou Z L ， Chen L ， Zhao Y ，et al .Experimental and numerical investigation on the bearing and failure mechanism of multiple pillars under overburden［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering，2017，50（4）：995-1010.
18 中华人民共和国建设部 .建筑结构可靠度设计统一标准：GB50068-2001［S］.北京：中国建筑工业出版社，2002.
Ministry of Construction of the People’s Republic of China .Unified Standard for Reliability Design of Building Structures：GB50068-2001［S］.Beijing：China Building Industry Press，2002.
19 Lunder P J ， Pakalnis R C .Determanation of the strength of hard-rock mine pillars［J］.CIM Bulletin，1997，90：51-55.
20 Pytel W .Rock mass-mine workings interaction model for Polish copper mine conditions［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2003，40（4）：497-526.
[1] 高峰, 李成成, 覃庆韩, 欧恩国. 基于RG-BN理论的破碎盘区矿柱群稳定性分析[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(6): 900-910.
[2] 荣光旭, 李宗洋. CNN-LSTM模型在边坡可靠度分析中的应用[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(4): 613-623.
[3] 李子永,张利峰,田海川,王旭东. 高密度电阻率法在莱州矿集区环境地质调查中的应用[J]. 黄金科学技术, 2023, 31(1): 78-87.
[4] 李杰林,高乐,杨承业,周科平. 大型复杂采空区群的稳定性数值分析及隐患区域预测[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(3): 315-323.
[5] 周科平,曹立雄,李杰林,张玮,杨承业,张孝平,高乐. 复杂采空区群稳定性数值分析及安全分级评价[J]. 黄金科学技术, 2022, 30(3): 324-332.
[6] 叶光祥,黄智群,王晓军,张树标,苑栋. 基于未确知测度理论的石英脉型钨矿山采空区稳定性评价[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(3): 433-439.
[7] 廖宝泉,柯愈贤,卿琛,张华熙,黄豪琪,方立发,王成,陶铁军. 基于相对差异函数的金属矿采空区危险性识别[J]. 黄金科学技术, 2021, 29(3): 440-448.
[8] 王牧帆,罗周全,于琦. 基于 Stacking 模型的采空区稳定性预测[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(6): 894-901.
[9] 党明智,张君,贾明涛. 黄土坡铜锌矿微震监测技术应用与灾害预警方法研究[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(2): 246-254.
[10] 邓红卫,张维友,虞松涛,高宇旭. 基于变权联系云的采空区稳定性二维评价模型[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(1): 32-41.
[11] 程力,刘焕新,朱明德,吴钦正. 金属矿山地下采空区问题研究现状与展望[J]. 黄金科学技术, 2020, 28(1): 70-81.
[12] 高远,陈庆发,蒋腾龙. 大新锰矿复杂空区群三维数值模型构建方法及胶结充填治理研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(6): 851-861.
[13] 杨仕教,王志会. 上覆公路浅埋采空区群稳定性数值模拟[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(4): 505-512.
[14] 谢学斌,熊胡晨,谢和荣,李建坤,田听雨. 考虑水平荷载的采空区群系统灾变失稳模型[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(3): 368-377.
[15] 吕闹,汪海波. 厚硬顶板弱化前后垮落致灾数值模拟研究[J]. 黄金科学技术, 2019, 27(2): 257-264.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!

©2018 黄金科学技术编辑部

电话：0931-8277791　

E-mail: hjkx@lzb.ac.cn 邮编：730000　

陇ICP备17001318号-1    甘公网安备 62010202000672号
访问总数:    当日访问:    当前在线: