南洺河铁矿河滩下采矿充填方案模拟研究

摘要

水体下开采引起的地表变形是一个漫长的过程，在矿体开采前对丌采后的地表变形进行模拟和预测具有重要的实际意义。充填采空区是水体下开采中保护地表的一种有效方法，因此，为实现矿山的安全开采，在水体下开采过程中，必须对充填采空区采引起的上覆岩层的移动规律及其对地表移动的影响进行研究。 针对上述现状，以南洺铁矿矿为研究对象，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。通过全尾砂胶结充填材料配比初步实验，得出了两种满足要求的配比方案：方案一是“尾砂+普通水泥+水”型充填材料，方案二是“尾砂+普通水泥+粉煤灰+水”型充填材料。然后运用ANSYS软件，采用数值模拟的方法，对南洺河铁矿地表沉陷数学模型的开采过程进行分步开挖模拟。由于该矿埋藏深，分三个中段丌采，每开采到一个中段模拟一次，逐步进行模拟分析。在模拟过程中，主要分析了在矿房(柱)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。 最后通过对两种充填方案的模拟结果进行对比和综合评价，得出这样的结论：“尾砂+水泥+粉煤灰+水”型充填方案，既能有效控制地表沉陷，又经济合理。本文作为一种模拟和辅助手段，对于金属矿水体下采矿的研究具有一定的探索意义。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

引 言

1文献综述

1.1开采沉陷理论的发展和国内外研究现状

1.1.1开采沉陷的发展历史

1.1.2开采沉陷国内外研究现状

1.1.3开采沉陷理论的发展趋势

1.2国内外充填体稳定性研究现状

1.2.1国外充填体稳定性研究现状

1.2.2国内充填体稳定性研究现状

1.2.3充填体稳定性研究的发展趋势

1.3开采沉陷的预计方法

1.3.1基于实测资料的经验方法

1.3.2随机介质理论

1.3.3影响函数法

1.3.4连续介质力学理论

1.3.5数值模拟

1.3.6相似材料模拟

1.4问题的提出

1.5研究内容

1.6研究方法

2南洺河铁矿地表开采沉陷要求分析

2.1南洺河铁矿开采基本条件

2.1.1矿床特征

2.1.2矿体围岩力学性质及其稳定性分析

2.1.3水文地质条件

2.1.4采矿方法

2.1.5采矿方法构成要素

2.2南洺河铁矿地表开采沉陷控制要求

2.3充填体强度选择

2.3.1充填体自稳性要求

2.3.2充填体支撑上覆围岩要求

3南洺河铁矿充填方案及充填工艺

3.1全尾砂胶结充填材料配比初步实验与分析

3.1.1实验原材料

3.1.2充填材料配比初步实验结果分析

3.1.3充填材料配比方案选择

3.1.4充填材料工艺性能实验

3.2充填工艺

3.2.1充填能力

3.2.2充填材料用量计算

3.2.3全尾砂胶结充填系统及工艺

3.2.4采场充填准备及充填

3.3充填材料制备及输送

3.3.1充填料组成

3.3.2充填料制备

3.3.3充填料的输送

4地表沉陷数值模型的建立

4.1有限元法的基本原理

4.1.1有限元法的基本思想

4.1.2有限元法计算的基本思路

4.1.3 ANSYS软件简介

4.1.4 ANSYS程序求解过程

4.2计算假设

4.2.1.对材料性质的假设

4.2.2对采场结构的简化

4.3岩体的本构模型

4.4采场模型的建立

4.4.1上覆岩层断裂前的力学简化模型

4.4.2上覆岩层断裂后的力学简化模型

4.4.3建立采场几何模型

4.4.4建立采场的有限元模型

4.4.5有限元网格的划分

4.4.6材料属性的确定

4.4.7边界条件的确定

5开采沉陷模拟结果分析

5.1地表沉陷模拟结果

5.2应力分布状态及其变化过程

5.3位移分布状态及其变化过程

5.4塑性区分布范围及其变化过程

5.5模拟结果分析

结论

参考文献

附录A数值模拟结果

致谢

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