某金属矿采场结构参数及回采方案数值模拟研究

摘要

为了安全高效的回采含水层下急倾斜矿体[1;2]，必须确定合理的采场结构参数和回采方案，确保回采引起的导水裂隙带[3;4]不贯穿采场顶板上覆岩层的隔水层。因此，本论文采用现场勘探取样、室内试验和数值模拟相结合的研究方法，对该矿的矿体和围岩开展了岩石物理力学参数测试，基于此建立了采场结构参数的数值模拟模型，分析各采场结构参数下诱发的导水裂隙带发育高度，据此确定合理的采场结构参数，从而采用数值模拟方法模拟此采场结构参数下不同回采方案时的采场稳定性，进而确定最优的回采方案。具体研究成果如下： （1）采用数值模拟软件对顶柱为3m，底柱为5m，矿房跨度分别为8m、9m、10m、11m、12m，间柱分别为3m、4m、5m的15种结构参数进行数值模拟计算。研究结果表明：当矿房跨度相同时，导水裂隙带发育高度随间柱增大而减小，且矿房跨度越大，导水裂隙带发育高度随间柱的增大而急剧地减小；当间柱相同时，导水裂隙带发育高度随矿房跨度增大而增大，且间柱越小，导水裂隙带发育高度随矿房跨度增大而急剧增加。因此，矿房跨度为10m、间柱为4m的结构参数，导水裂隙带发育高度较小，是最优的采场结构参数。 （2）采用数值模拟软件对间柱为4m，跨度为10m，采空区高度分别为10m、12m、14m、16m和18m等5进行数值模拟计算。研究结果表明：随采空区高度的增加，采场导水裂隙带发育高度不断增大；当采空区高度为10m时，导水裂隙带发育高度为20m，此时导水裂隙带发育高度将会贯穿含水层。因此，当采空区高度超过8m时，导水裂隙带发育高度将会贯穿含水层，此时须采用充填采矿法进行回采[5]，且将采空区高度控制在8m以内。 （3）采用FLAC3D[6]对该矿区的5种回采顺序进行了数值模拟研究，结果表明：自下而上依次回采和充填各矿体单号矿房和双号矿房的回采顺序为最合理的顺序；且回采顺序为先回采五中段各矿体单号矿房，随即充填这些单号矿房；待这些矿房充填完毕，再回采该中段各矿体双号矿房，随即再充填这些双号矿房。待五中段的回采及充填结束后，再以同样的顺序回采及充填四中段。待四中段的回采及充填结束后，再以同样的顺序回采及充填三中段。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 国内外研究现状

1.2.1 采场结构参数研究现状

1.2.2导水裂隙带发育高度研究现状

1.2.3 采场稳定性研究现状

1.2.4 数值模拟研究现状

1.3 主要研究内容

1.4 研究的特色与创新之处

第2章 矿体和围岩力学参数试验

2.1 矿体及围岩力学参数试验

2.1.1 试样的选取及加工

2.1.2 试验仪器、设备及数据处理

2.2 试样试验结果

2.3 本章小结

第3章 矿块结构参数确定的数值模拟

3.1 引言

3.2 导水裂隙带发育高度的数值模拟及结果分析

3.2.1 矿块结构参数数值模拟模型

3.2.2 矿房跨度为8m时导水裂隙带发育高度数值模拟结果

3.2.3 矿房跨度为9m时导水裂隙带发育高度数值模拟结果

3.2.4 矿房跨度为10m时导水裂隙带发育高度数值模拟结果

3.2.5 矿房跨度为11m时导水裂隙带发育高度数值模拟结果

3.2.6 矿房跨度为12m时导水裂隙带发育高度数值模拟结果

3.2.7 模拟结果比较及矿块结构参数的确定

3.2.8 采空区高度与导水裂隙带发育高度的关系

3.3 本章小结

第四章 回采方案的确定及采场稳定性数值模拟

4.1 回采方案的数值模拟方案

4.2.1 数值模拟模型的建立

4.2.2采场结构参数

4.2.3自下而上依次回采和充填各矿体单号矿房和双号矿房的数值模拟

4.2.4自上而下依次回采和充填各矿体单号矿房和双号矿房的数值模拟

4.2.5自下而上依次回采和充填各矿体各矿房的数值模拟

4.2.6自上而下依次回采和充填各矿体各矿房的数值模拟

4.2.7一次性回采和充填各矿体各矿房的数值模拟

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间成果

致谢