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自然崩落法矿岩可崩性系统化评价及崩落规律研究

作　者: 江飞飞
导　师: 李向东
学　校: 长沙矿山研究院
专　业: 采矿工程
关键词: 自然崩落法可崩性评价崩落水力半径 3DEC 拉底方式与顺序崩落矿石块度
分类号: TD802
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

自然崩落法在开采相对比较破碎的低品位矿体时具有独特的优势，与其他类型采矿方法相比，其具有高强度低成本的特点，因而多年来国内外不少矿山都进行过此种采矿方法的试验和实践，积累了不少经验并形成了相应的理论体系。自然崩落法的研究和实际应用中所涉及的因素和方面众多，需要解决的技术问题也很多，本文以“黄山铜镍矿30#厚大矿体（530m以上）自然崩落法开采技术研究”为背景，针对矿山具体特点，在大量的前期试验、调查和论证工作的基础上，进行了系统而全面的矿岩可崩性及崩落规律研究，其主要内容包括如下几个方面：（1）在深入研究之前进行了一系列的试验、测试和调查，其中包括研究范围内的室内岩石物理力学试验、现场原岩应力测试以及工程地质调查，并分别采用RQD值法、RMR法、Q系统法和MRMR-2000系统法对岩体质量进行了评价，为后续研究工作提供了可靠而全面的基础数据和依据。（2）在岩体质量评价的基础上分别对矿岩的可崩性进行了初步评价，然后基于AHP-Fuzzy理论对四种可崩性评价方法及其结果进行了综合分析，得出了合理可靠的可崩性评价结果。（3）分别采用Laubscher崩落图法和Mathews稳定图法对研究范围内矿体发生初始崩落和持续崩落的水力半径进行了研究，并据此对可能的拉底形状进行了初步的分析。（4）综合运用AutoCAD、3DMine、PGEN等软件和程序，实现了复杂地质体（本研究中的矿体）3DEC模型的快速建模，并在此基础上对整个崩落过程进行了数值模拟。根据拉底方式和拉底顺序定性的原则，提出了三种拉底方案，然后分别对各方案进行了模拟和计算，并监测崩落过程中的力与位移的变化情况，计算了各拉底步中崩落矿石的体积，最后对得到的结果进行了综合比较分析，得出了最合适的拉底方式和拉底顺序，同时对之前所得出的初始崩落和持续崩落面积进行了验证。（5）在试验、测试和调查结果的基础上，根据工程设计参数，运用三维可视化块度模拟分析系统BCF分别对崩落过程中的崩落块度、放出块度和卡斗状况进行了研究，对崩落各阶段的块度大小和分布规律进行了系统全面的分析。本论文提出了一整套自然崩落法开采技术研究的思路和流程，系统而全面的对矿岩的可崩性及崩落规律进行了研究，得出了相应的可靠的结果和结论，对自然崩落法开采实践具有重要的指导作用。同时，本研究解决了矿岩可崩性系统化评价、复杂地质体3DEC模型的建立、离散元程序3DEC模拟崩落过程、崩落各阶段块度大小和分布规律研究中的各理论和技术难题，具有相当的学术意义和价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 国内外矿岩可崩性及崩落规律研究现状及评价  11-18
    1.2.1 自然崩落机理及崩落过程介绍  11-13
    1.2.2 矿岩可崩性研究现状及其评价  13-16
    1.2.3 矿岩崩落规律研究现状及其评价  16-18
  1.3 相关技术要点和难题  18-19
  1.4 本文研究内容、方法及思路  19-22
第二章矿区地质概况及开采技术条件分析  22-26
  2.1 矿区及矿床地质特征  22-23
    2.1.1 矿区地质特征  22
    2.1.2 矿床地质特征  22-23
    2.1.3 矿石质量及围岩蚀变  23
  2.2 工程地质、水文地质及环境地质  23-24
  2.3 开采技术条件分析  24-25
  2.4 采矿方法  25-26
第三章岩石物理力学性质及原岩应力测试  26-34
  3.1 岩石物理力学性质试验  26-28
    3.1.1 试验方法  26-28
    3.1.2 试验结果  28
  3.2 研究范围内的原岩应力测试  28-33
    3.2.1 测试的基本原理  28-30
    3.2.2 实际测试的具体流程  30
    3.2.3 原岩应力测试结果及其分析  30-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章工程地质调查和岩体质量评价  34-56
  4.1 工程地质调查  34-41
    4.1.1 调查目的、内容和方法  34-35
    4.1.2 矿岩体优势结构面组统计分析  35-40
    4.1.3 调查结果汇总及分析  40-41
  4.2 岩体质量评价  41-54
    4.2.1 岩体质量评价方法及其标准  41-51
    4.2.2 矿岩体质量评价结果及其分析  51-54
  4.3 本章小结  54-56
第五章矿岩可崩性系统化评价及崩落水力半径研究  56-69
  5.1 矿岩可崩性系统化评价  56-62
    5.1.1 基于岩体质量的矿岩可崩性分级结果  56-59
    5.1.2 基于 AHP-Fuzzy 理论的可崩性评价结果的综合分析  59-62
    5.1.3 可崩性评价结果分析  62
  5.2 崩落水力半径及拉底形状的研究  62-68
    5.2.1 基于 Laubscher 崩落图法的崩落水力半径研究  62-64
    5.2.2 基于 Mathews 稳定图法的崩落水力半径研究  64-67
    5.2.3 研究结果汇总及分析  67-68
  5.3 本章小结  68-69
第六章基于 3DEC 的崩落规律数值模拟  69-93
  6.1 离散单元法基本原理简介  69-72
  6.2 三维离散元程序 3DEC 介绍  72-73
    6.2.1 基本假设和计算原理  72
    6.2.2 计算循环及基本求解过程  72-73
  6.3 数值计算方案  73-77
  6.4 数值计算模型的建立  77-82
    6.4.1 基础矿体模型建立的方法  77-79
    6.4.2 基础矿体模型建立的结果  79-81
    6.4.3 最终数值计算模型的建立  81-82
  6.5 数值计算过程及结果分析  82-91
  6.6 本章小结  91-93
第七章崩落各阶段块度分布规律研究  93-109
  7.1 自然崩落各阶段块度研究的基本原理  93-97
  7.2 各阶段块度分布规律研究结果  97-108
    7.2.1 崩落块度结果及其分析  97-103
    7.2.2 放出块度结果及其分析  103-107
    7.2.3 卡斗状况分析  107-108
  7.3 本章小结  108-109
第八章结论与展望  109-112
  8.1 主要结论  109-110
  8.2 主要创新点  110-111
  8.3 下一步开展的工作  111-112
参考文献  112-117
附录  117-129
致谢  129-130
攻读硕士期间发表的学术论文及成果  130

自然崩落法矿岩可崩性系统化评价及崩落规律研究

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