上横山缓倾斜多层矿床充填法回采围岩变形及其卸压开采研究

摘要

缓倾斜多层矿床地下开采过程中，不同岩层的交互回采扰动与矿床安全高效开采之间矛盾突出，地压管控难度大。为解决缓倾斜多层矿床围岩复杂的应力集中等地质灾害问题，保障矿床安全高效开采，必须系统地研究矿床回采围岩变形及其卸压技术。以上横山矿缓倾斜多层矿床为研究对象，采用不连续面多层组合相似材料模型试验、有限元数值模拟试验和断裂力学理论研究的综合方法，研究了矿床充填法回采作业面围岩的变形特征，基于地下工程围岩最小变形及其稳定性原则，确定了区域性和局部性卸压技术。
　　首先通过相似材料配比试验，配制了不同配比的低强度相似材料，分析了其物理力学性质及其变化规律，根据多层矿床赋存条件和条带开采嗣后充填的试验要求，确定了有效的4种相似材料配比，建立了典型勘探线的缓倾斜多层矿床相似材料模型；同时采用Phase2数值模拟软件，构建了与物理相似模拟试验相对应的数值模拟模型，为有效开展缓倾斜多层矿床地下开采试验研究提供了基础。
　　然后，根据条带法开采作业面矿柱受力特征，确定了两侧临空条带矿柱?-П复合型裂纹尖端的Westergaard应力函数，采用考虑中间主应力的Hoek-Brown强度准则计算作业面围岩破坏区的边界条件，建立了矿柱破坏宽度计算模型；并结合物理相似模拟试验，利用DIP法分析矿柱的裂纹发育特征，验证了模型有效性，为地下充填法回采条带矿柱宽度设计提供了定量依据。
　　最后，选用回采顺序和开采强度两个典型的区域性顺序网络卸压开采方案，研究了矿床区域性围岩变形特征，选择了前进式回采顺序和同时开采不充填3个条带开采强度的最佳方案；地下工程应力集中状况研究表明，矿体下盘围岩内的沿脉巷道是局部性应力集中较明显区域，采用数值模拟分析了局部性卸压技术效用，选择了沿矿体倾向拱顶钻凿卸压钻孔和近矿体侧边帮钻凿短巷联合锚杆支护的局部性卸压技术。
　　研究形成了条带法回采缓倾斜多层矿床区域性和局部性卸压的集成技术，对指导矿床安全高效开采，具有一定的理论和实际意义。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

1.4 研究技术路线

第2章 缓倾斜多层矿床试验研究模型

2.1 上横山缓倾斜多层矿床试验对象特征

2.2 物理相似模拟模型

2.3 数值模拟模型

2.4 物理相似模拟试验模型有效性验证

2.5 小结

第3章 条带充填法回采缓倾斜多层矿床条带矿柱破坏宽度

3.1 条带矿柱破坏宽度研究现状

3.2 条带矿柱破坏宽度计算模型

3.3 条带矿柱破坏宽度计算模型有效性验证

3.4 小结

第4章 基于作业面围岩变形分析的区域性卸压开采技术

4.1 矿柱变形分析及合理的开采强度选择

4.2 矿床围岩变形分析及合理开采顺序选择

4.3 小结

第5章 基于沿脉巷道变形分析的局部性卸压技术

5.1 局部性卸压技术试验研究设计

5.2 充填法回采沿脉巷道收敛变形分析

5.3 缓倾斜多层矿床沿脉巷道局部性卸压技术

5.4 缓倾斜多层矿床沿脉巷道局部性卸压巷道收敛变形分析

5.5 缓倾斜多层矿床沿脉巷道局部性卸压方案及时序选择

5.6 小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目