挑水河磷矿充填条带矿柱宽度与采场顶板下沉分析

摘要

充填条带矿柱的稳定性对于矿山安全的生产有着重要意义，充填条带矿柱的塑性区宽度和两侧采空区宽度对充填条带矿柱的稳定性有着重大的影响。由于挑水河磷矿地处山区，充填材料运输成本较高，因此采用部分尾矿胶结充填条带置换采矿法，采场充填比例要求小于0.5。本文根据挑水河磷矿实际情况，通过理论计算、数值模拟的方法分析条带矿柱的塑性区宽度、核区宽度、留空区宽度和采场顶板下沉量，为选择合适的充填材料灰砂比、充填宽度和留空区宽度提供指导意见。主要成果如下：
　　（1）在考虑中间主应力和矿柱自重的影响下，根据DP系列屈服准则和条带矿柱极限强度，推导极限状态下条带矿柱单侧塑性区宽度公式。根据理论计算和数值模拟结果，选择DP3屈服准则相比MC屈服准则更为保守，用于实际生产更为安全。
　　（2）根据条带矿柱核区顶部支撑应力变化近似二次曲线和塑性区应力变化曲线为直线的假设，建立了核区中心应力与条带矿柱极限强度之间的关系，运用应力平衡原理，建立了极限状态下条带矿柱宽度与两侧采空区宽度之间的关系式。
　　（3）采场顶板下沉的顺序为：Ph2磷矿矿柱压缩→采场承重岩层第一次压缩→充填条带矿柱压缩→采场承重岩层第二次压缩，随着条带的逐渐开采，采场上覆岩层最终形成一种波浪形的下沉曲线。因此首先运用关键层理论判断上覆岩层中的关键岩层，然后运用承重岩层压缩量计算公式和条带矿柱压缩量计算公式分析采场顶板的下沉量。
　　（4）根据条带矿柱塑性区宽度、核区宽度和留空区宽度之间的理论公式，对比数值模拟结果，选择充填材料灰砂比为1:5，充填条带宽度为14m，留空区宽度为14m。此时采场顶板最终下沉量为92.3mm，能够同时满足安全生产和节省充填材料的要求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究目的和意义

1.2相关研究现状

1.3研究内容及方法

第2章 挑水河磷矿开采与充填技术条件

2.1挑水河磷矿工程概况

2.2充填材料特性

2.3本章小结

第3章 条带矿柱塑性区宽度

3.1基于DP系列屈服准则的条带矿柱塑性区分析

3.2挑水河磷矿塑性区矿柱宽度计算

3.3数值分析对比

3.4本章小结

第4章 条带矿柱核区宽度与采场宽度分析

4.1条带矿柱核区宽度与留空区宽度分析

4.2挑水河磷矿计算

4.3挑水河磷矿数值模拟分析

4.4本章小结

第5章 顶板岩层下沉量分析

5.1充填置换岩层移动机制及特征

5.2采场顶板下沉分析

5.3挑水河磷矿岩层移动下沉量

5.4数值模拟分析

5.5本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文