石人沟铁矿地下开采引起地表沉陷数值模拟

摘要

目前，地下开采引起的岩层移动和地表沉陷是一个非常严重的地下工程问题。在进行地下开采过程中，原岩应力平衡遭到破坏，围岩发生变形、移动，甚至产生大面积移动。随着开采深度的增加，矿石不断采出，围岩变形、移动和破坏逐渐加剧。因此，为实现矿山的安全开采，在地下开采过程中，必须对地下开采引起的上覆岩层的移动规律及其对地表移动的影响和采场地压分布规律进行研究。　　针对上述现状，以石人沟铁矿为研究对象，通过对矿山工程地质、采场结构参数及原岩应力场的调研建立了地表沉陷的力学简化模型和FLAC数学模型。通过对力学简化模型的分析求解，得出了开挖过程中上覆岩层断裂的极限开采长度和边界条件。本论文运用FLAC软件，采用数值模拟的方法，对石人沟铁矿地表沉陷数学模型的开采过程进行分步开挖模拟。在模拟过程中，主要分析了在矿房开挖过程中的应力和位移的变化过程。根据应力和位移的分析结果，总结出了地下开采引起的上覆岩层和地表的移动规律，给出了不同开采阶段的地表动态移动曲线。最后给出了确定移动角和圈定移动范围的方法和步骤。　　本论文的成功研究不仅直接影响到矿山的安全生产与生态环境，对将来地下矿山开采的技术条件和地压分布规律具有普遍的指导意义。其研究成果丰富了矿山的设计理论，拓宽了开采沉陷理论的应用领域，为地表沉陷理论的研究提出了新的方法，具有较高的推广价值和广阔的发展前景。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

引 言

1文献综述

1.1开采沉陷理论的研究现状

1.1.1开采沉陷理论的研究历史

1.1.2我国开采沉陷理论的发展情况

1.1.3开采沉陷理论的研究现状及发展趋势

1.2开采沉陷的理论体系

1.3有待解决的问题

1.4问题的提出

1.5主要研究内容

1.5.1影响岩层及地表移动的主要因素

1.5.2地表沉陷力学模型的建立及边界约束条件

1.5.3动态数学模型的建立

1.5.4岩体力学参数对开采沉陷影响的研究

1.5.5模拟结果分析

1.5.6地表沉陷规律的研究

1.6研究方法

2地表沉陷力学模型的建立

2.1石人沟铁矿开采现状

2.2地表沉陷力学模型建立

2.2.1上覆岩层断裂前的力学简化模型

2.2.2上覆岩层断裂后的力学简化模型

本章小结

3地表沉陷数学模型的建立

3.1FLAC的基本原理

3.2 FLAC数值模型的建立

3.2.1基本假设

3.2.2模型建立

3.2.3网格划分

3.2.4矿岩物理力学参数选取

3.2.5边界条件的确定

本章小结

4数值模拟结果分析

4.1岩体力学参数对开采沉陷的影响

4.2原岩应力状态分析

4.3边界约束条件

4.4北区动态模拟过程及结果分析

4.4.1北区矿房回采动态模拟过程

4.4.2矿房回采模拟结果分析

4.4.3矿柱回采动态模拟及结果分析

4.5南区动态模拟过程及结果分析

4.5.1南区矿房回采动态模拟过程

4.5.2矿房回采模拟结果分析

4.5.3矿柱回采动态模拟及结果分析

4.6勘探线1 8线动态模拟过程及结果分析

4.7地表移动动态曲线的建立

4.8本章小结

5岩层移动与地表沉陷规律分析

5.1岩体内部移动破坏规律分析

5.2地表移动与变形

5.3移动角及移动范围

结论

参考文献

致谢

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