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金川二矿区1150中段沿脉巷道支护体系的破坏过程及力学机制

作　者: 陈晓辉
导　师: 慕青松
学　校: 兰州大学
专　业: 固体力学
关键词: 水平矿柱 “抵顶”作用锚杆钢筋混凝土巷道与支护 ADINA有限元程序破坏机理
分类号: TD353
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

金川镍矿矿床规模巨大，矿石储量丰富，在国民经济建设中处于战略地位，国家对金川矿山的重视程度在全国独一无二。金川矿区岩体破碎、地应力大、矿体形状变化大，对矿山基建巷道开挖带来严峻挑战。近年来，随着开采深度的逐年增加，巷道的稳定性问题越来越严重，特别是在回采1178分段时，巷道变形量大、变形快，以至不能给二次支护留出足够的时间，严重影响了施工质量与开采进度。本文针对矿区出现的上述生产难题，结合《金川二矿区1150中段水平矿柱回采前后应力场分布规律及安全评估》课题，将岩石力学及地下工程理论与工程实践相结合，以金川二矿18行线剖面为研究对象，运用现场调查、理论分析、计算机模拟等多种研究方法，对复杂地质水文条件、高地应力环境、特殊采矿方法等共同作用下沿脉巷道的破坏机理，以及1178标高巷道的破坏比其他标高巷道更为严重的现象，进行了研究并获得以下重要认识：二矿区在应用大面积不留矿柱回填采矿工艺时，开拓出不同标高的两个采矿平面，其间为水平矿柱，矿体上盘围岩中从上到下依次分布着各标高沿脉巷道。有限元模拟研究表明，水平矿柱的“抵顶”作用是造成1178标高巷道破坏比其他标高更为严重的主要原因。在水平矿柱的屈服破坏来临之前，逐渐变薄的水平矿柱的应力集中程度将越来越高，导致“抵顶”作用越来越强烈，相应地1178巷道的破坏也趋于恶化，但当水平矿柱破坏之后，“抵顶”作用会逐渐弱化，巷道破坏也会相应减轻。受抵顶作用的巷道破坏形式可概括为：先从钢筋混凝土支护的拱顶、拱肩、底角获得突破，随着这些特殊部位的破裂，钢筋混凝土支护内所储藏的能量及地应力使得破裂继续扩展，最终导致整个钢筋混凝土支护的失效，引起巷道周围局部应力场重分布，结果锚杆支护上的有效应力显著增加并超越了其承载强度，于是锚杆在该应力状态下迅速走向破坏并最终失效。随着钢筋混凝土支护和锚杆支护的次第破坏，巷道的联合支护体系彻底崩溃，失去支护维持的巷道围岩将发生剧烈的变形和破碎，出现有害的松动和塌落，并很快充塞巷道的整个有效截面。所以需要加强联合支护体系中各种支护类型破坏次序的研究，为支护体系的优化设计与施工提供新思路。该论述在作者查阅的有关金川矿山的文献中尚无类似报道，对矿区采准工程的设计与施工具有参考价值和指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-14
  1.1 岩石力学与地下工程  8-9
  1.2 金川矿区概述  9-10
  1.3 金川矿区岩石力学问题  10-11
  1.4 ADINA简介  11-13
  1.5 本文的主要内容  13-14
第二章金川地区地应力及地质概况  14-26
  2.1 金川矿区地应力  14-21
    2.1.1 板块运动对地应力的影响  14-16
    2.1.2 区域构造对地应力的控制  16-19
    2.1.3 金川矿区的地应力水平  19-21
    2.1.4 小结  21
  2.2 金川矿区地质概况  21-26
    2.2.1 金川矿区的断层分布  21-22
    2.2.2 金川矿区的岩体强度  22-25
    2.2.3 小结  25-26
第三章几何模型的建立  26-31
  3.1 矿体的几何方位  26-27
  3.2 坐标系统  27
  3.3 矿体的几何范围与外围岩体的几何范围  27-28
  3.4 矿体和岩体的网格划分  28-29
  3.5 材料常数  29
  3.6 边界条件  29-31
第四章金川矿区沿埋深方向巷道破坏的原因  31-44
  4.1 金川矿区沿埋深方向巷道破坏特点及对该现象的推测  31-34
  4.2 巷道在埋深方向上的破坏规律及其宏观控制因素  34-44
    4.2.1 各沿脉巷道支护层受力状态  36-41
    4.2.2 有限元强度折减法  41-44
第五章从支护受力论金川矿区沿埋深方向巷道破坏现象  44-60
  5.1 巷道支护的作用机理  44-45
    5.1.1 巷道支护分类  44
    5.1.2 巷道支护的作用机理  44-45
  5.2 金川矿区现行支护  45-50
    5.2.1 金川矿区现行支护概况  45-47
    5.2.2 1198分段与1178m分段巷道支护概述  47-50
  5.3 1198分段与1178分段巷道支护模拟结果分析  50-60
    5.3.1 锚杆支护上的应力分析  50-54
    5.3.2 钢筋混凝土支护上的应力分析  54-56
    5.3.3 钢筋混凝土支护失效之后矿区应力重分布的模拟结果分析  56-59
    5.3.4 结论  59-60
第六章结束语  60-62
  6.1 结论  60
  6.2 对金川矿区采准工程设计的建议  60-62
参考文献  62-66
致谢  66

金川二矿区1150中段沿脉巷道支护体系的破坏过程及力学机制

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