中厚缓倾斜矿体采场结构及顶板支护参数优化研究

摘要

目前，对近矿节理较发育的中厚缓倾斜矿体进行回采时，一般采用空场法、充填法，其主要包括有预切顶中深孔房柱法、分段空场法和分条充填法等。这些采矿方法具有矿柱损失率大、采切比高或充填成本高等不足，很难实现高效开采的目标。因此，云锡集团与中南大学合作开展了此类矿体开采的采矿方法、人工矿柱以及采场支护等方面的研究。本文以高峰山南盘区中厚缓倾斜矿体为依托，进行了矿区岩石力学参数实验、采矿方法简介、采场结构参数及采场支护参数优化等方面的研究。以下是本论文的主要内容:
　　(1)查阅大量相关文献，借鉴国内、外相似矿山的开采经验，归纳了开采缓倾斜中厚矿体的技术以及采场参数研究方法，结合高峰山南盘区的具体情况，寻找在开采过程中可能遇到的问题;
　　(2)提取具有代表南盘区真实地质情况的岩样，运用岩石力学实验设备测定出岩样的单轴抗压强度、抗拉强度、粘聚力等参数，为后续数值模拟提供基础资料;
　　(3)汇总大量地质资料，充分了解高峰山矿区的地质地貌。认真利用钻孔数据库，正确提取地表等高线、矿体线等，运用三维软件构建地表和矿体模型，为矿山建立三维可视化打好基础;
　　(4)基于结合北盘区的采场结构参数，通过对高峰山南北盘区的开采技术条件进行对比，最后提出十五种采场结构方案;
　　(5)利用MIDAS软件建立包含十五种不同采场结构参数的整个地质模型，运用FLAC3D软件模拟分析采场顶板、矿柱应力、应变以及塑性区，最终确定出合理的采场结构参数。
　　(6)利用工程类比、经验公式、理论公式综合计算分析后提出六组锚杆支护参数，通过FLAC3D软件对上面所确定的合理采场的支护效果进行模拟，最终选择出比较合理的支护参数。
　　通过以上所做工作，推荐高峰山南盘区中厚缓倾斜矿体采场长为50m，跨度为12m，人工矿柱宽度为10m的采场结构参数，推荐支护用20MnSi左旋螺纹钢树脂锚杆，锚杆长度为2.6m，直径为20mm，排、间距均为0.8m。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 工程背景

1．2 课题由来、研究目的和意义

1．3 国内外中厚缓倾斜矿体开采现状以发展趋势

1．3．1 国内中厚缓倾斜矿体开采现状

1．3．2 国外中厚缓倾斜矿体开采现状

1．4 采场顶板支护技术研究现状

1．4．1 国内锚杆支护理论

1．4．2 国外锚杆支护理论

1．5 课题研究内容与技术路线

2 矿区概况及开采条件

2．1 矿区概述

2．2 矿区地质特征

2．2．1 矿区地层

2．2．2 矿区构造

2．2．3 矿床成因

2．3 矿区水文地质条件

2．4 南盘区开采技术条件、现状及采场储量

2．4．1 南盘区开采技术条件

2．4．2 南盘区开采现状

2．4．3 南盘区采场储量

2．5 本章小结

3 矿岩力学参数测试

3．1 矿岩力学参数测试分析的目的及意义

3．2 试验设计

3．3 取样与试样加工

3．4 矿岩物理力学参数测试

3．4．1 试验准备工作

3．4．2 单轴抗压试验过程

3．4．3 巴西劈裂试验过程

3．4．4 试验结果数据

3．5 岩石力学参数工程折减

3．6 本章小结

4 中厚缓倾斜矿体采场参数优化

4．1 中厚缓倾斜矿体采矿法简介

4．2 采场岩体工程破坏判据

4．2．1 岩石强度理论

4．2．2 容许极限位移量判据

4．2．3 塑性区判据

4．2．4 采场岩体工程破坏判据综合应用

4．3 采场参数选择

4．4 数值模拟方案

4．4．1 Midas和Flac3D软件介绍

4．4．2 模拟方案选择

4．4．3 建立数值模型

4．4．4 FLAC3D数值计算

4．5 数值模拟结果

4．5．1 6m矿柱模拟结果

4．5．2 8m矿柱模拟结果

4．5．3 10m矿柱模拟结果

4．6 南盘区采场稳定性分析

4．7 本章小结

5 采场顶板支护研究

5．1 支护方式选择

5．2 采场顶板锚固机理分析

5．2．1 采场顶板变形特性

5．2．2 采场顶板锚固机理分析

5．3 锚杆的定义和选型

5．3．1 锚杆的定义

5．3．2 锚杆选择的基本原则

5．3．3 锚杆的选型

5．4 锚杆支护设计

5．4．1 工程类比法

5．4．2 经验公式计算

5．4．3 理论公式计算

5．4．4 锚杆模拟参数选择

5．5 锚杆支护数值模拟模型及参数

5．5．1 数值模拟模型

5．5．2 数值模拟计算参数

5．6 数值模拟结果

5．6．1 采场顶板位移分布

5．6．2 采场顶板应力分布

5．6．3 锚杆轴力统计

5．6．4 六种支护方案对比

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢