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大姚铜矿凹地苴南部矿床采场结构参数及开采顺序优化研究

作　者: 施雄斌
导　师: 郭忠林
学　校: 昆明理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 采场稳定性采场结构数值模拟有限元开采顺序
分类号: TD862.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着采矿技术的发展和生产力水平的不断提高,为人们最大限度地回收地下资源提供了技术上的可能性,同时也给生产中的安全问题提出了更高的要求,其中围岩稳定性问题尤为突出。对于空场采矿法来说,从生产的角度出发,较小的矿柱宽和较大的矿房尺寸能够保证矿石的高回采率;从安全的角度考虑,较大的矿柱宽和较小的矿房尺寸是保证采场结构稳定和采场安全的有效途径。因此,高回收率和采场安全稳定性将成为一对矛盾。本论文针对大姚铜矿凹地苴南部矿床地质条件(包括矿床地质构造、断层、节理)、矿床水文地质、工程地质及矿体特征。对矿岩力学参数进行换算,根据矿山实际情况、岩体的力学破坏准则和采场的失稳机制,利用有限元数值模拟软件ANSYS,建立有限元数值模型,模拟在不同的矿房、矿柱组合下采场的稳定性。在确定采场结构参数后,同样利用有限元数值模拟软件ANSYS,模拟不同开采顺序下采场的应力、位移分布特征。主要内容如下:(1)查阅大量国内外文献资料,了解目前国内外采场结构参数优化研究现状。(2)现场收集、调查、研究了大姚铜矿凹地苴南部矿床地质条件(包括矿床地质构造、断层、节理)、矿床水文地质、工程地质、矿体特征及矿岩力学参数。(3)研究分析矿岩的力学特性、采场的失稳机理及岩土的本构关系,对矿山提供的矿岩力学参数,利用RQR(岩体分类方法)岩体工程质量分级法,结合霍克—布朗公式,估算岩体力学参数。(4)利用ANSYS软件,建立了Ⅰ-10矿体240~#～250~#剖面线之间典型矿段的数值模型,对6种不同采场结构方案进行了有限元数值模拟,得到了不同采场结构参数下矿岩的应力、位移分布情况。从而确定合理的采场结构参数为矿房宽40m,矿柱宽8m。(5)在确定采场结构参数的基础上,同样利用ANSYS软件,对3种不同开采顺序进行了有限元数值模拟,得到了不同开采顺序下矿岩的应力、位移分布状态。从而确定从矿体一端向另一端回采为最佳的开采顺序。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-13
  1.1 国内外研究现状  9-11
    1.1.1 国内采场结构参数优化研究现状  9-10
    1.1.2 国外研究现状  10-11
  1.2 研究的目的及方法  11-13
    1.2.1 研究的意义及目的  11-12
    1.2.2 研究的内容及方法  12-13
第二章矿床地质概况  13-19
  2.1 矿区地质和矿床地质概述  13-18
    2.1.1 矿区地质  13
    2.1.2 矿床地质  13-17
    2.1.3 矿体特征  17-18
    2.1.4 矿体围岩及夹石  18
  2.2 矿床开采技术条件  18-19
    2.2.1 水文地质条件  18
    2.2.2 工程地质条件  18-19
第三章围岩破坏机理及数值模拟方法的选择  19-35
  3.1 岩体的破坏机制  19
  3.2 岩石的强度理论  19-21
  3.3 采场失稳机理  21-25
    3.3.1 采场失稳的基本形式  21-22
    3.3.2 采场失稳的力学机理  22-25
  3.4 计算方法的选择  25-26
  3.5 数值模拟方法的选择  26-28
    3.5.1 数值方法概述  26-27
    3.5.2 数值模拟方法选择  27-28
  3.6 ANSYS基本原理  28-32
    3.6.1 连续介质的离散化  28
    3.6.2 单元特性分析  28-31
    3.6.3 结点平衡方程与整体刚度矩阵  31-32
    3.6.4 求解未知结点位移和计算单元应力  32
    3.6.5 ANSYS程序分析的基本过程  32
  3.7 ANSYS在地下开采动态模拟中的实现  32-34
    3.7.1 初始地应力模拟  33-34
    3.7.2 开挖过程模拟  34
    3.7.3 连续开采模拟  34
  3.8 小结  34-35
第四章采场结构参数优化数值模拟  35-61
  4.1 方案的选定  35
  4.2 模型的处理  35-36
  4.3 模型的建立  36-37
    4.3.1 模拟步骤  36-37
    4.3.2 单元网格划分  37
    4.3.3 边界条件  37
  4.4 计算力学参数  37-39
  4.5 模拟结果及分析  39-59
    4.5.1 原岩应力场  39-40
    4.5.2 方案1模拟结果  40-44
    4.5.3 方案2模拟结果  44-47
    4.5.4 方案3模拟结果  47-50
    4.5.5 方案4模拟结果  50-53
    4.5.6 方案5模拟结果  53-56
    4.5.7 方案6模拟结果  56-59
  4.6 应力、位移分析  59-61
第五章开采顺序数值模拟  61-71
  5.1 初选方案  61-62
  5.2 模型的建立  62
  5.3 边界条件  62
  5.4 模拟结果及分析  62-71
    5.4.1 方案1模拟结果  62-69
    5.4.2 方案2模拟结果  69
    5.4.3 方案3模拟结果  69-70
    5.4.4 模拟结果分析  70-71
第六章结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-78
附录攻读硕士论文期间公开发表的论文目录  78

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