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中厚急倾斜破碎磷矿体安全高效开采技术研究

作　者: 廖九波
导　师: 李夕兵
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 急倾斜破碎矿体采矿方法优选未确知数学理论采场结构参数脉内凿岩巷道爆破震动
分类号: TD87
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

用沙坝矿中厚急倾斜矿体松软破碎、埋藏深、价值高,为复杂难采矿体,针对此类矿体的开采技术条件,从技术经济比较初选五种采矿方案。然后针对影响采矿方法优劣的14项评价指标的未确知性,利用VC++语言开发了基于未确知数学理论的采矿方法优选系统,结合用沙坝矿的工程实际情况,通过计算和分析研究,确定了该类矿体最优的采矿方法为人工假顶下向交错分段充填采矿法。通过CAD和MIDAS/GTS软件严格按设计图纸建立了前期实体模型,将其导入到FALC3D有限差分计算软件中进行数值计算,对人工假顶下向交错分段充填法的人工假顶和采场结构参数作为一个有机整体进行分析。针对不同参数方案,分别模拟回采中矿岩位移场、应力场和塑性区的变化情况,确定采场最优结构参数为高20m、宽20m。现场工程应用证明,最优结构参数的人工假顶下向交错分段充填法能保证回采作业的安全性,显著地提高了矿石回收率,降低了矿石贫化率,及时有效地充填了采空区,减小了采矿成本,扩大了采场生产能力,增加了矿山的综合效益。同时,针对该采矿方法的高应力脉内凿岩巷道受到爆破震动破坏的情况,运用颗粒流程序PFC2D对动载荷作用下凿岩巷道的稳定性进行了数值分析,根据Blastmate III监测仪得到现场实测数据,选取了3条不同的实测振动速度时程曲线作为动载荷输入,分别进行了静力和动力分析。结果表明：相比于静态分析,爆破震动作用下岩体应力、位移及塑性区发生了更显著地变化；随岩体质点振动速度增大,巷道围岩的应力、位移及裂纹数量也明显增加。为了避免爆破震动诱发高应力脉内凿岩巷道失稳冒落,提出了相关合理的建议。该论文有图117幅,表39个,参考文献80篇。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
1 绪论  10-14
  1.1 课题来源  10
  1.2 课题研究意义、目的  10-11
  1.3 国内外研究概况  11-13
    1.3.1 中厚急倾斜破碎矿体开采的研究现状  11-12
    1.3.2 采场结构参数优化研究  12
    1.3.3 动力扰动下巷道围岩动态响应规律研究  12-13
  1.4 研究方法、内容和技术路线  13-14
    1.4.1 研究方法及内容  13
    1.4.2 技术路线  13-14
2 中厚急倾斜破碎磷矿体采矿方法选择  14-54
  2.1 采矿方法选择依据  14
  2.2 采矿方法初选  14-42
    2.2.1 人工假顶下向阶段充填采矿法(方案一)  14-22
    2.2.2 人工假顶下向同分段充填采矿法(方案二)  22-28
    2.2.3 人工假顶下向交错分段充填采矿法(方案三)  28-35
    2.2.4 脉内采准上下凿岩中深孔侧向落矿充填采矿法(方案四)  35-39
    2.2.5 脉外脉内联合采准向上凿岩中深孔落矿充填法(方案五)  39-42
  2.3 采矿方法优化选择  42-53
    2.3.1 各采矿方案综合比较  42-44
    2.3.2 未确知测度理论方案优选  44-53
  2.4 本章小结  53-54
3 采场稳定性数值模拟与参数优化  54-69
  3.1 数值计算方法的选择  54
  3.2 基本假设  54
  3.3 岩体力学参数选取  54-55
  3.4 模型的建立  55-58
  3.5 模拟计算及结果分析  58-68
    3.5.1 采场顶板稳定性分析  59-63
    3.5.2 人工假顶稳定性分析  63-67
    3.5.3 参数优化分析  67-68
  3.6 本章小结  68-69
4 中厚急倾斜破碎矿体采矿方法工业试验  69-86
  4.1 工程应用背景  69
    4.1.1 试验地点选择  69
    4.1.2 试验矿段开采技术条件  69
  4.2 采切工程布置  69-71
  4.3 人工假顶设计与施工  71-77
    4.3.1 人工假顶目的  71
    4.3.2 人工假顶方案设计  71-72
    4.3.3 人工假顶方案现场施工  72-77
  4.4 采场回采工艺  77-81
    4.4.1 采场凿岩  77
    4.4.2 采场爆破  77-79
    4.4.3 采场支护  79-80
    4.4.4 采场出矿  80
    4.4.5 采场通风  80-81
    4.4.6 采场充填  81
  4.5 现场试验应用效果分析  81-85
    4.5.1 采矿直接成本计算  81-82
    4.5.2 充填材料成本计算  82-83
    4.5.3 1100分段人工假顶成本  83-84
    4.5.4 总成本分析  84-85
  4.6 本章小结  85-86
5 爆破震动对脉内巷道稳定性影响分析  86-99
  5.1 脉内凿岩巷道受动载荷扰动破坏概况  86-87
  5.2 爆破震动效应的现场研究  87-89
  5.3 数值计算模型和方案  89-92
    5.3.1 颗粒流软件PFC2D简介  89-90
    5.3.2 PFC2D动力计算步骤  90-91
    5.3.3 数值分析模型  91
    5.3.4 计算方案  91-92
  5.4 爆破震动荷载输入  92-93
    5.4.1 爆破震动速度时程  92
    5.4.2 爆破震动施加方式  92-93
  5.5 模拟计算及结果分析  93-98
    5.5.1 应力场分析  93-94
    5.5.2 位移场分析  94-96
    5.5.3 塑性区分析  96-98
  5.6 本章小结  98-99
6 全文总结与展望  99-101
  6.1 全文总结  99-100
  6.2 展望  100-101
参考文献  101-106
致谢  106-107
攻读硕士学位期间发表的论文  107-108
参加的科研项目及获得的奖励  108

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