金屬礦深井充填系統(tǒng)的安全評價與失效控制方法研究.pdf

1、基于人們對礦產資源的強烈需求和安全環(huán)保的開采理念，使得深部開采的基礎和應用研究成了礦業(yè)科技進步的主要研究方向，國家自然科學基金重大項目課題--深部多相多場耦合作用及其災害發(fā)生機理與防治(編號：50490274)就是由此原因提出的。該課題的啟動，在對傳統(tǒng)采礦工藝提出新要求的同時，也為傳統(tǒng)工藝注入了新的活力，帶來了新的發(fā)展契機，增加了新的研究內容。充填技術作為貴金屬礦和難采礦床開采中的重要技術手段，不可避免地成了深井開采研究中具有重大理論和

2、實用價值的研究對象。 鑒于目前我國礦山充填體質量難以保證、膠凝材料浪費嚴重、系統(tǒng)運行故障率高、充填事故頻發(fā)以及對充填系統(tǒng)可靠性缺乏系統(tǒng)研究的現狀。作者基于填充技術面臨的問題，結合填充技術的研究現狀，在參與國內多個礦山管道自流輸送充填系統(tǒng)的技術改造基礎上，應用安全系統(tǒng)工程理論、可靠性理論和模糊評判原理，完成了對管道自流輸送充填系統(tǒng)的可靠性評價方法研究，提出了提高充填系統(tǒng)可靠性的策略。論文的主要研究內容和結論如下： 1、提出

3、深部多場耦合作用下，開挖工程多因素安全評價方法，揭示充填系統(tǒng)可靠性與工程評價的關系。分級方法以國際認可的“DOW”法為綱，綜合深部巖體多場耦合作用的研究成果、巖石和開挖工程分析測試成果、巖體穩(wěn)定性分級方法中的Q法和RMR法，通過從宏觀影響出發(fā)確定各因素的危險性取值和權重，得到了開挖工程的危險性評定指數。 2、建立深井充填系統(tǒng)評價的理論框架。以白銀有色金屬公司小鐵山礦、湖北三鑫金銅股份公司和鳳凰山銅礦充填試驗研究為依據，從大量研究

4、數據中揭示充填系統(tǒng)的內在規(guī)律，將深井充填系統(tǒng)層次劃分為三個相互關聯的層次，并確立層間和層內各要素的邏輯關系，揭示各層次部件的隨機不確定性，闡明對系統(tǒng)應用可靠性理論評價的客觀必要性，提出評價的方法和重點。 3、針對目前充填系統(tǒng)設計和評價中缺少目標失效概率的難題，結合長距離管道輸送和油氣管道系統(tǒng)的研究成果，將深井充填系統(tǒng)失效界定在可能發(fā)生到不可能發(fā)生之間，并提出以模糊綜合評判方法計算不同系統(tǒng)的可接受失效概率的方法。應用FMEA、FT

5、A、故障影響分析傳播圖和模糊概率分析方法，系統(tǒng)地建立深井充填系統(tǒng)事故致因的邏輯關系，分析結果表明，充填次數多，充填體質量差，漿體損失是充填系統(tǒng)主要故障模式。通過底事件失效概率的模糊可能性值到概率值的轉化，實現底事件的概率值計算，在缺乏失效數據庫的前提下，解決了定量分析的難題，然后用故障樹計算出頂事件的發(fā)生概率和目標失效概率比較即可判定系統(tǒng)的可靠程度。 4、通過建立和分析管道運行模型和管道失效概率分析基礎的管道承壓能力的極限狀態(tài)方

6、程。得出剩余水頭和漿體流量是影響深井充填管道系統(tǒng)可靠性的主要原因的結論。應用供需模型，成功解決在役含缺陷管道可靠性分析的難題。通過分析密度、濃度和流量對深井管道有效漿柱高度的影響，采用中心點(均值)泰勒級數展開法求得有效漿柱高度的均值和標準差，應用可靠性指標即可推算設計高度在運行中的可靠度。分析表明，在給定的條件下，附加10～20m漿柱高度具有較高的可靠度，分別達到93％和99％(如只用均值進行設計，可靠度僅50％左右)。 5、

7、從改進工藝和材料兩方面研究，獲得提高充填系統(tǒng)可靠性的對策。在工藝研究中，提出并成功應用變徑消能技術和卸流段等量分流技術，不僅有效地提高了系統(tǒng)運行的可靠性，而且改善了充填體質量。在改善充填材料的研究中，成功試驗了絮凝沉降，實現提高充填體質量、改善脫水效果的目的；應用兼顧主客觀因素的綜合賦權評分法，提出膠凝材料的多方案決策方法，用該方法決策選優(yōu)，將無熟料鋼渣膠凝材料引入礦山充填中，取得了十分滿意的效果，說明了該決策方法的科學性，也為深井充填