程潮铁矿充填法和崩落法联合开采方案及地表稳定性研究

摘要

随着开采水平的不断延深，程潮铁矿矿体逐渐向西延伸至选厂下部。为了保护选厂，程潮铁矿在选矿车间下部预留了保安矿柱，保安矿柱所占资源量随开采深度逐渐增加。如何在高效、安全回采下一阶段矿体的同时保证矿山移动范围不进一步扩大并保持地表的稳定性，是程潮铁矿目前面临的问题。在矿山现用的崩落法和回收矿柱的充填法同时存在时，需要研究充填法和崩落法联合开采的方案及地表变形规律及保持稳定性的对策，采用理论分析、相似模拟等手段进行了相关研究，主要的研究工作如下:
　　第一，根据矿山实际情况，采用未确知测度理论和粗糙集理论相结合的方法对下一阶段的采矿方法进行优选。第二，沿矿体走向选取典型剖面，采用室内物理相似模拟试验的手段对采用上述优选方案引起的沿矿体走向地表移动规律进行研究。第三，以地表稳定性为主要研究目标，采用数值模拟的方法对两种采矿方法之间隔离矿柱的厚度以及联合开采的回采顺序进行了优化研究。第四，采用数值模拟的方法研究下一阶段矿体的开采过程对周边村庄以及采矿车间的影响。第五，根据地表稳定性的影响因素，提出地表稳定性的防治措施。
　　研究结果表明，下一阶段矿体最优回采方案为:采用上向水平充填法回收保安矿柱和采用无底柱分段崩落法回采同水平其他矿体的联合开采方法，两种采矿方法之间隔离矿柱的合理厚度为20m，选厂区域地表沉降最大值为90mm基本保持稳定，地表的垂直位移值与其距塌陷坑距离呈负相关。联合开采充填法采用由中到左再及右，崩落法采用先左再右后中的顺序对地表稳定性影响最小。上述联合开采方案能够保证采矿车间特别是副井以及程潮大湾地表的稳定性。上述研究成果对矿山的下一阶段矿体的开采具有一定的指导，也可以为类似矿山的生产提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 两种及以上采矿方法联合开采研究现状

1．2．2 地表稳定性研究现状

1．2．3 两种及以上采矿方法隔离矿柱的研究现状

1．3 研究意义

1．4 研究目标

1．5 研究内容

第2章 程潮铁矿地质条件及开采现状

2．1 矿山概况

2．2 矿山工程地质特征

2．3 矿山水文地质情况

2．3．1 地表水体

2．3．2 矿区含水层分布情况

2．4 矿山整体开采现状及地表塌陷现状

2．5 本章小结

第3章 基于粗糙集和未确知测度理论的开采方案选择

3．1 概述

3．2 采矿方案优选原则

3．3 可行性采矿方案初选

3．4 采矿方案优选模型

3．4．1 未确知测度理论分析

3．4．2 采矿方法的评价指标体系

3．4．3 采矿方案优选结果

3．5 采矿方法的选择

3．5．1 采矿方法指标体系的选择

3．5．2 确定各指标的分级标准

3．5．3 单指标测度函数的构建

3．5．4 优选过程

3．5．5 粗糙集属性约简

3．5．6 结果分析

3．6 本章小结

第4章 地表稳定性物理相似模拟试验

4．1 概述

4．2 相似理论

4．3 试验方案设计

4．3．1 模拟范围确定

4．3．2 试验方案确定

4．4 试验过程

4．4．1 相似比选取

4．4．2 相似材料的选取

4．4．3 模型制作

4．4．4 矿体模拟开采过程

4．5 试验结果及分析

4．5．1 选厂区域地表沉降分析

4．5．2 近地表区域应变情况分析

4．6 本章小结

第5章 合理隔离矿柱厚度及回采顺序的数值模拟

5．1 概述

5．2 数值分析软件简述

5．3 建立数值计算模型

5．3．1 模型的建立

5．3．2 模型的应力条件和边界条件

5．3．3 计算本构模型

5．3．4 矿岩及充填体的物理力学参数

5．3．5 监测点的布置

5．4 隔离矿柱合理厚度的研究

5．4．1 概述

5．4．2 合理隔离矿柱厚度研究

5．5 联合开采最优回采顺序的研究

5．5．1 概述

5．5．2 联合开采回采顺序方案

5．5．3 数值模拟结果分析

5．6 本章小结

第6章 联合开采对副井及周边村庄地表稳定性影响

6．1 概述

6．2 数值模拟

6．2．1 开采数值模型建立

6．2．2 岩体物理力学参数

6．2．3 数值模拟开采过程

6．3 数值模型结果分析

6．3．1 地表移动变形情况分析

6．3．2 模型应力场变化情况分析

6．4 本章小结

第7章 联合开采地表稳定性合理对策研究

7．1 概述

7．2 联合开采影响地表稳定性的因素

7．3 防治对策及应对措施

7．3．1 采用合理的隔离矿柱厚度及最优回采顺序

7．3．2 合理安排采矿计划

7．3．3 合理安排爆破计划

7．3．4 优化充填工艺

7．3．5 合理处置地下水

7．3．6 塌陷坑边坡影响对策

7．4 本章小结

第8章 结论与展望

8．1 结论

8．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及专利

攻读硕士学位期间参与的科研项目