高地应力地下洞室岩爆与充填效果研究

摘要

深部岩体大规模的开挖可能引发岩爆,成为深部地下采矿和土木隧道工程中经常发生地质灾害,其预测与控制成为工程安全的重大理论和技术课题。采用现场实例调查、数值模拟和工程监测是进行岩爆控制的有效措施和研究方法。本研究以冬瓜山铜矿深部开采条件下的岩爆为对象,采用实例分析、数值计算和微震监测相结合的综合手段对分析方法和控制技术进行了研究。主要研究工作和成果如下:
　　 (1)在对冬瓜山铜矿地质概况、岩爆倾向性和地应力状况、微震活动资料分析的基础上,对现场巷道破坏情况进行了调查和分析,发现冬瓜山岩体破坏的几种主要形式:静态剪切破坏、层裂状破坏和动力诱导破坏。
　　 (2)运用有限差分软件FLAC3D对首采区52-2采场建立数值模型,与微震监测系统的可视化软件JDI的结果进行对比分析,采用位移和应力作为对比参数,发现监测的位移和应力比数值计算的结果较小,且分布位置有一定一致性。研究发现监测数据提供的不是实际的位移和应力,而是岩体由于破坏引起的位移和应力,而实际情况还包括弹性位移。
　　 (3)运用FLAC3D对1＃盘区部分采场建立数值模型,设计五种方案对充填体在厚大金属硬岩矿山的支护效果进行分析,发现通过充填控制硬岩金属矿山厚大采场岩爆有一定的作用。随着采矿活动而导致的围岩闭合,储存在围岩中的能量得到释放,这些能量也是驱使岩爆和微震的原动力,通过减少闭合来限制能量的释放来控制回采释放的能量可以减小岩爆发生的烈度。研究发现充填对塌落型岩爆有较好的控制,但是对于回采过程中应变型岩爆效果不明显。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 选题依据和研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 岩爆的数值模拟与实时监测研究

1.3.2 岩爆防治措施

1.4 主要研究内容及方法

第二章 冬瓜山矿床地质及岩爆破坏概况

2.1 冬瓜山矿床地质概况

2.1.1 狮子山矿田概况

2.1.2 冬瓜山矿床、矿体地质特征

2.2 冬瓜山岩爆及矿震活动状况

2.2.1 岩石的物理参数

2.2.2 岩体的结构

2.2.3 冬瓜山铜矿岩爆倾向性

2.2.4 岩爆实录

2.2.5 岩体失稳现象原因分析

2.3 本章小结

第三章 数值软件与微震监测系统简介

3.1 FLAC3D简介

3.1.1 FLAC3D理论背景

3.1.2 FLAC-3D基本原理

3.2 ISS微震监测系统简介

3.2.1 冬瓜山铜矿微震监测系统基本组成

3.3.2 冬瓜山首采区微震监测系统传感器的布设

3.3 本章小结

第四章 单个采场数值模拟与微震监测数据对比分析

4.1 矿床开采概况

4.1.1 概况

4.1.2 采场开采工艺与采准布置

4.2 数值计算模型

4.2.1 几何模型的选取

4.2.2 力学模型及参数选择

4.2.3 原岩应力及应力初始化

4.2.4 计算模型的爆破方式及顺序

4.2.5 数值计算与监测指标选择

4.3 成果分析

4.3.1 堑沟开挖

4.3.2 第一步回采

4.3.3 第二步回采

4.3.4 第三步回采

4.3.5 第四步回采

4.3.5 综合分析

4.4 本章小结

第五章 厚大采场充填抑制岩爆效果研究

5.1 充填法简介及其评价标准

5.1.1 充填方法分类进展

5.1.2 充填体缓解岩爆评价机理研究现状

5.2 冬瓜山铜矿充填效果分析

5.2.1 采用的分析方案

5.2.2 数值模拟的基本条件

5.2.3 数值模拟结果

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参加的主要科研项目