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(chǎn)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(chǔ)和應(yīng)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(zāi)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(nèi)容。充填技術(shù)作為貴金屬礦和難采礦床開采中的重要技術(shù)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(zhì)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(xiàn)狀。作者基于填充技術(shù)面臨的問題，結(jié)合填充技術(shù)的研究現(xiàn)狀，在參與國內(nèi)多個礦山管道自流輸送充填系統(tǒng)的技術(shù)改造基礎(chǔ)上，應(yīng)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(nèi)容和結(jié)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(guān)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(quán)重，得到了開挖工程的危險性評定指數(shù)。 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(jù)，從大量研究

4、數(shù)據(jù)中揭示充填系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律，將深井充填系統(tǒng)層次劃分為三個相互關(guān)聯(lián)的層次，并確立層間和層內(nèi)各要素的邏輯關(guān)系，揭示各層次部件的隨機不確定性，闡明對系統(tǒng)應(yīng)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(shè)計和評價中缺少目標失效概率的難題，結(jié)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(yīng)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(guān)系，分析結(jié)果表明，充填次數(shù)多，充填體質(zhì)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(zhuǎn)化，實現(xiàn)底事件的概率值計算，在缺乏失效數(shù)據(jù)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(chǔ)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(jié)論。應(yīng)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(shù)展開法求得有效漿柱高度的均值和標準差，應(yīng)用可靠性指標即可推算設(shè)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(shè)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(yīng)用變徑消能技術(shù)和卸流段等量分流技術(shù)，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(zhì)量。在改善充填材料的研究中，成功試驗了絮凝沉降，實現(xiàn)提高充填體質(zhì)量、改善脫水效果的目的；應(yīng)用兼顧主客觀因素的綜合賦權(quán)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