金属矿地下采场危险因素协同作用研究

摘要

随着我国国民经济发展对资源日益增长的需求，地下开采的比重日益增大。其安全问题也日益突出，并受到广泛的关注。近年来不少学者采用岩石力学理论、仪器监测和数值计算的方法进行了系统地研究，并取得卓越的成效。然而，深入分析表明，地下采场岩体失稳垮塌、冒落等安全问题是岩体强度、节理弱面条件、水文状况，以及围岩应力等因素共同作用的结果。如果仅采用单一的方法，仅从单一的角度去分析和研究，其结果将有所偏颇。 本文以铜绿山铜铁矿《高效采矿方法采场安全防治技术研究》项目为依托，对大直径深孔采场的各种危险因素及其它们之间的协同关系进行了探讨和分析，揭示了其采场安全影响主控因素，并据其构建了评价采场危险度的协同作用模型。根据影响采场安全的三个主控因素，从三个方面就其进行了分析研究。首先，通过对铜绿山7313采场的岩体质量调查，采用RMR评价法对采场岩体质量进行了分级，得出了岩体质量的分布规律；在现场试验及室内计算研究的基础上，采用三维有限元数值模拟软件ANSYS 8.1建立了7313采场的有限元模型，计算并分析了采场的应力状态，得出了采场周围岩体应力分布规律；通过对采场周围岩体声波测试，研究探讨了爆破施工的影响范围，并采用数学回归方法，得出了爆破施工对采场周围岩体的损伤规律；在上述工作的基础上，笔者采用层次分析法确定了7313采场各危险因素的权重，然后对采场两个关键剖面采用网格法进行了离散化，将每个离散点的各因素属性值导入到Surfer8.0软件中，绘制出了采场中部横剖面和采场顶板的各因素影响度分布图；同时，为了得出采场的综合危险度，笔者按照三种协同作用模型，分别展示了各种模型的协同结果，根据实际应用的效果的好坏，辅之以理论证明，选取了权指数模型为较优模型，而后按照这一模型对采场的关键部位的危险度进行了评价。最后讨论了爆破损伤的函数形式；创建了采场局部破坏的预警模型及预警判别方法。

目录

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第1章绪论

1.1大直径深孔采矿方法的发展与现状

1.2地下矿山大直径深孔采矿带来的安全问题

1.3.采场稳定性研究现状

1.4.本课题研究的目的、意义和研究方法

第2章采场危险因素危险度研究

2.1采场危险因素分析

2.1.1地质与构造

2.1.2岩层与岩性

2.1.3岩体应力

2.1.4地下水

2.1.5采矿工程因素

2.1.6采场危险因素的简化与综合

2.2采场各危险因素的影响度分析

2.2.1定量评价指标的无量纲化处理

2.2.2岩体质量影响度分析

2.2.3采场二次应力分布影响度分析

2.2.4爆破施工影响度分析

2.3本章小结

第3章采场危险因素协同作用模型的构建

3.1采场危险因素协同作用机理

3.2采场岩体质量与二次应力场的相互影响

3.3采场岩体质量与爆破损伤的相互影响

3.4爆破损伤场与二次应力场的耦合影响

3.5采场危险因素协同作用函数的构建

3.6采场危险因素权重的确定

3.6.1(AHP)的基本原理及步骤

3.7采场危险因素协同作用模型的构建

3.8本章小结

第4章铜绿山地下采场危险因素影响度研究

4.1应用矿山简介

4.1.1应用矿山总体概况

4.1.2矿床开采条件

4.1.3采矿方法应用情况

4.1.4矿山地下开采主要存在的问题

4.2铜绿山地下采场岩体质量影响度的确定

4.2.1 7313采场岩体质量调查

4.2.2 7313采场岩体质量影响度分析

4.3地下采场二次应力分布有限元数值模拟

4.3.1.本构关系、单元类型以及破坏准则的选取

4.3.2岩石物理力学性质及采场原岩应力状态

4.3.3有限元模型构造

4.3.4采场开采模拟步骤

4.3.5模拟过程及其结果分析

4.4地下采场爆破施工影响度的确定

4.4.1声波测试技术

4.4.2采场岩体声波波速测量

4.4.3铜绿山采场爆破影响度分析

4.5本章小结

第5章铜绿山地下采场危险因素协同作用及采场危险度分布研究

5.1协同作用函数危险因素权重和因素间影响系数的确定

5.1.1采场危险因素判断矩阵的建立和权重的确定

5.1.2第二种协同作用函数影响系数的确定

5.2采场危险度分布分析

5.2.1采场模型的离散化及Sufer8.0软件介绍

5.2.1采场岩体质量影响度分布展示

5.2.2采场二次应力影响度分布展示

5.2.3采场爆破施工影响度分布展示

5.2.4采场综合危险度分布

5.3采场灾害有关问题的拓展与探讨

5.4采场灾害防治对策

5.4本章小结

第6章结论与展望

参考文献

硕士研究生在学期间公开发表的学术论文

致谢