急倾斜薄矿脉群开采矿压显现规律研究

摘要

本文以湖南省安化县渣滓溪锑矿区薄矿脉群的开采为工程背景，通过现场资料收集，并采集岩石样本进行常规岩石力学试验，获取了岩爆附近区域岩体的物理力学参数。采用钻孔应力解除法进行了三维原岩地应力测量，计算出了矿区中深部原岩地应力场的主应力大小和方向，并分析了原岩应力场的分布规律。运用FLAC3D进行原岩应力模拟计算得到了矿区整体的原岩应力场，然后对矿区规则和不规则特征矿脉群开采进行数值计算。主要结论如下:
　　(1)对渣滓溪锑矿区中深部原岩地应力的测量，计算发现最大主应力达到19.61Mpa，渣滓溪锑矿区中深部最大主应力方向为NEE-SWW方向，渣滓溪矿区中深部最大主应力属于水平构造应力，分析出了矿区整体原岩应力场，发现最大主应力随着深度增加而逐渐增加。
　　(2)对矿区特征矿脉群组进行单独开采分析，Z方向应力对矿脉群影响最大。说明虽然水平应力为该区域的构造作用力，但是在开采过程中，矿压显现以自重应力作用为主。
　　(3)对规则矿脉群开采发现，沿走向开采时，在矿房顶底柱形成高度应力集中，底柱应力集中大于顶柱应力集中。单条矿脉沿倾斜方向开采时，底柱形成的集中力会沿着100％原岩应力拱传递至下中段底柱，最大应力集中发生在最大采深上部1-2个中段底柱。相邻矿脉依次超前开采易造成矿房底柱集中应力沿应力拱依次向下叠加，造成底柱破坏，进而引起连锁的矿压灾害，此类矿脉群不易采用由中间矿脉向两翼推进的开采方式，宜采用由两翼向中间矿脉推进的开采方式，同中段依次回采完成后，再向下推进开采，或者采用由上盘向下盘推进开采。
　　(4)不规则反转矿脉开采时，易发生拉伸破坏，且轴部外侧高度应力集中，形成矿压灾害的突变点。分支复合矿脉开采时，分支矿脉在上盘分叉矿脉底柱形成压应力集中，复合矿脉在下盘矿脉顶柱形成压应力集中，复合矿脉应力集中程度大于分支矿脉，复合矿脉更易产生突变破坏。
　　(5)矿脉群开采的采矿顺序能够影响矿山压力的转移，矿压显现为部分底柱的应力集中度超过岩石的能量储存极限而发生岩爆
　　(6)通过对开采现状的模型划分了矿压灾害发生的危险区域，并与实际矿压灾害进行对比，两个耦合度达到83％，说明通过模拟分析划分的危险区域能够做为下阶段安全开采的重点防治区域。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 地应力测量研究现状

1．2．2 急倾斜薄矿脉赋存及开采特点

1．2．3 急倾斜薄矿脉开采矿山压力研究现状

1．3 本文研究方法、思路及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．3．3 研究技术路线

2 渣滓溪矿区地质和开采概况

2．1 渣滓溪矿区地质条件

2．1．1 区域地质构造

2．1．2 矿区内部地质构造

2．2 渣滓溪薄矿脉群分布特征

2．2．1 薄矿脉群形态及产状

2．2．2 薄矿脉群空间分布及其变化

2．4 渣滓溪矿区开采现状特征

2．4．1 矿区开采历史

2．4．2 矿床采矿方法

2．4．3 矿山井下安全生产现状

3 渣滓溪矿区原岩地应力测量及计算分析

3．1 渣滓溪矿区应力场分析

3．2 渣滓溪矿区地应力现场测试

3．2．1 测试方法及原理

3．2．2 测点布置

3．2．3 原岩地应力测量过程

3．3 渣滓溪矿区地应力测量结果

3．3．1 应力解除结果

3．3．2 原岩地应力计算参数

3．3．3 原岩地应力计算结果

3．4 渣滓溪矿区地应力分布规律研究

3．5 渣滓溪矿区初始地应力场分析

3．5．1 矿区开采现状的调查

3．5．2 矿区三维模型建立

3．6 岩石物理力学试验

3．6．1 岩石力学实验准备

3．6．2 岩石力学实验及实验结果

3．7 模型假设及破坏准则

3．7．1 基本假设

3．7．2 破坏准则

3．8 边界条件及原岩地应力场

3．8．1 边界约束

3．8．2 边界应力

3．8．3 初始应力场计算分析

3．9 本章小结

4 规则矿脉群开采应力分布规律研究

4．1 数值计算模型及相关条件

4．1．1 几何模型的建立

4．1．2 岩石物理力学参数

4．1．3 边界条件和初始条件

4．2 单个矿脉开采应力分布规律研究

4．2．1 矿块沿走向开采数值计算

4．2．2 矿块沿倾向开采数值计算

4．2．3 不同倾角矿脉开采数值计算

4．3 相邻矿脉群开采应力分布规律研究

4．3．1 同中段依次向下开采应力分布规律

4．3．2 超前一个中段开采应力分布规律

4．3．3 超前两个中段开采应力分布规律

4．4 对渣滓溪锑矿科学开采及生产的指导意义

4．5 本章小结

5 不规则矿脉群开采应力分布规律研究

5．1 几何模型

5．2 反转矿脉依次开采应力分布规律

5．2．1 单中段依次开采数值计算

5．2．2 单中段依次开采应力分布规律分析

5．3 分支复合开采应力分布规律

5．3．1 分支矿脉开采数值计算

5．3．2 复合矿脉开采数值计算

5．3．3 分支复合矿脉开采应力分布规律分析

5．4 本章小结

6 渣滓溪矿床开采应力分布规律验证分析

6．1 现阶段开采应力分布规律验证分析

6．2 高应力区识别与验证分析

6．2．1 高应力区识别分析

6．2．2 高应力区验证分析

6．3 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢