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缓倾斜厚大矿体两步回采地压控制技术研究

作　者: 王泽群
导　师: 古德生；姚中亮
学　校: 中南大学
专　业: 采矿工程
关键词: 采矿工程充填地压位移观测
分类号: TD80
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 247次
引　用: 4次
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内容摘要

矿产资源开采是国民经济的基础性支柱产业之一。目前矿产资源的开采主要采用地下及露天开采两种方法。随着地下开采向深度发展,必然引发矿山安全及岩体力学问题。另一方面,由于矿体包含诸多不可预见性的节理、裂隙、断层等结构弱面,增加了矿山安全工作的难度,容易诱发矿山灾变,有效管理和控制地压是解决这一问题的关键。随着国家对生产安全的重视,和高速发展经济对矿产资源依赖程度增加,以及矿产资源不可再生的特点,在确保安全的条件下,提高采矿回收率,最大限度地回收地下资源意义显得十分重大。实践证明,对于厚大矿体的开采,取消永久矿柱是实现这一目标的一个最佳途径。本课题的研究涉及现场和室内试验方面的内容:(1)坑采范围岩石力学调查;(2)岩石稳定性安全等级划分及矿体顶板岩体质量评价;(3)充填体承载性能研究及接顶效果评价;(4)矿体、岩石及断层、节理等结构弱面物理力学性质研究;(5)坑采范围顶板稳定性数值模型及地压动态分布数值计算。其中现场试验研究内容包括:(1)开采区域坑下岩移观测网建立与观测研究;(2)采空区顶板垂直方向变形观测;(3)地压活动预报系统研究;(4)采区主要巷道变形观测。研究得出如下结论:(1)运用综合评估方法对顶板岩石进行了安全等级划分,为确定合理的采场结构参数、回采顺序、充填材料配比等提供了科学的依据;(2)开发运用SUPER SAP有限元专用CAD系统,建立了新桥矿业有限公司地压模拟的三维力学模型,预测出可能出现灾害性地压活动的危险区域;(3)得出了新桥矿业有限公司坑下回采矿房在不充填的条件下的最大安全跨度;(4)利用SUPER SAP分析系统研究了充填接顶率与充填体承载效果的关系,得出了充填接顶率超过50%以上后,采空区顶板中的最小主应力强度变化不大的重要结论,该结论对于指导充填接顶工作具有重要的现实意义;(5)根据数值模拟研究结果,指导建立了新桥矿业有限公司井下-180m～-230m中段地压综合监测与预报系统;(6)验证了取消了连续盘区矿柱,当前回采顺序及参数的合理性,评价了充填体对地压管理的作用,确保了回采作业安全。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
第一章绪论  7-17
  1.1 概述  7-8
  1.2 国内外矿山地压诱发工程灾难  8-9
  1.3 相关研究进展  9-14
    1.3.1 充填体力学研究现状  9-10
    1.3.2 地压控制技术研究现状  10-14
  1.4 本课题研究目的及意义  14-15
  1.5 论文主要研究内容  15-17
第二章新桥硫铁矿的基本概况  17-24
  2.1 新桥硫铁矿地质概况  17-18
  2.2 新桥硫铁矿的开采现状  18-21
  2.3 新桥硫铁矿开采过程中存在的问题  21-24
第三章坑下岩体结构调查与质量评价  24-30
  3.1 矿岩形态  24-25
  3.2 岩体结构和构造  25-26
    3.2.1 层间破碎带  25
    3.2.2 褶皱构造  25
    3.2.3 断层  25-26
    3.2.4 节理  26
  3.3 岩体质量指标(RQD)及钻孔所经岩层岩性描述  26-27
  3.4 矿区水文地质  27
  3.5 岩体质鼠评价及顶板安全等级划分  27-29
    3.5.1 CSIR分类  27-28
    3.5.2 Q系统分级法  28-29
    3.5.3 顶板安全等级划分  29
  3.6 本章小结  29-30
第四章采区工程结构稳定数值模拟分析  30-44
  4.1 ALGOR FEA有限元专用 CAD系统基本原理  30-31
  4.2 数值模拟内容  31-32
  4.3 模拟特点  32
  4.4 基本假设  32-33
  4.5 数值模拟的力学模型  33-40
    4.5.1 计算区域的选取  33
    4.5.2 计算模型的建立和模型的离散化  33
    4.5.3 边界应力及约束条件  33-34
    4.5.4 失稳判据  34-39
    4.5.4 岩体介质及其力学参数  39-40
  4.6 数值模拟计算方案  40-41
  4.7 数值模拟结果及分析  41-43
    4.7.1 最大主应力分布特征  41-42
    4.7.2 最小主应力分布特征  42
    4.7.3 顶板的垂直位移  42-43
  4.8 胶结充填人工矿柱的承载效果与矿房的最大安全跨度  43
  4.9 本章小节  43-44
第五章胶结充填体参数响应研究  44-66
  5.1 胶结充填体的物理组成  44
  5.2 胶结充填体的作用机理  44-46
  5.3 胶结充填体的破坏机理  46-48
  5.4 胶结充填体参数响应分析  48-53
  5.5 充填接顶率与充填性能的关系  53-64
    5.5.1 提高充填接顶的途径  53-54
    5.5.2 充填接顶率与充填性能关系研究  54-58
    5.5.3 充坡接顶率与充填性能回归分析  58-64
  5.6 本章小结  64-66
第六章现场地压监测  66-76
  6.1 地压监测内容与方法选择的原则  66-68
  6.2 新桥矿业有限公司井下地压监测网  68-73
    6.2.1 -180m中段井下岩移观测站设计  68-69
    6.2.2 设计依据  69
    6.2.3 井下岩移观测站布设  69-70
    6.2.4 制点联测  70-71
    6.2.5 岩移观测  71-73
  6.3 现场观测结果及采空区顶板稳定性分析  73-75
  6.4 本章小节  75-76
第七章全文总结  76-78
参考文献  78-83
致谢  83-84
攻读硕士学位期间主要研究成果  84

缓倾斜厚大矿体两步回采地压控制技术研究

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