深部磷矿非爆连续开采理论与工艺研究

摘要

矿产资源的安全、高效开采是矿山企业竭力追求的。随着机械设备、信息技术的不断发展，矿产资源开采的效率也在不断提高，尤其对地下开采矿山来说，机械装备水平直接决定了采矿效率。因此，如何利用先进的机械设备、信息技术等实现矿山连续开采进而提高采矿效率一直以来都是研究的焦点。尤其在深部资源的开采环境中，如果能研制成功的落矿机械设备，利用深部高应力状态，采取较小的机械扰动致使破岩，然后与先进的装载、运输设备配套使用，实现全机械化非爆连续开采，这样不仅可以实现高效连续开采，而且能降低生产事故率，实现安全生产。鉴于此，本文主要研究内容如下:
　　对高应力硬岩的致裂机理进行深入研究，分析深部开采中高应力硬岩的动力学问题以及实际工程应用过程中的机械破岩原理。对深部岩体开挖后围岩在卸载状况下的破坏模式及规律进行理论分析和数值模拟，为深部诱导巷道存在条件下非爆连续开采提供理论支撑。
　　针对开磷马路坪矿体特征及悬臂式掘进机的相关参数，探讨适用于悬臂式掘进机开采的开拓方案，分析悬臂式掘进机开采的回采特性，确定了回采进路断面和合理的开挖方向，设计适用于悬臂式掘进机开采的采矿方法。
　　对开挖诱导巷道后高帮矿体在卸载作用下的破碎范围进行监测和质量评价，为后续掘进机开采及卸载后围岩破碎的理论研究提供基础数据。
　　通过设计合理的试验方案，分别开展悬臂式掘进机独头掘进现场工业试验和诱导巷道高帮矿体切割现场工业试验，比较两种情况下掘进效率及截齿损耗情况，找出诱导巷道对掘进机开挖的辅助作用。同时，找出悬臂式掘进机开挖工作面粉尘分布规律，测定工作面粉尘浓度并提出可行的防尘措施及通风方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 深部岩体致裂机理研究现状

1．2．2 硬岩矿山非爆开采研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 深部开采中高应力硬岩致裂机理研究

2．1 深部硬岩开采的动力学现象

2．1．1 深部金属矿岩的高地应力赋存条件

2．1．2 深部金属矿山的硬岩岩性和储能特征

2．1．3 硬岩深部开采工艺的发展趋势

2．1．4 硬岩深部开采的动静组合受力特征及其力学解释

2．2 深部硬岩开采的动力学问题及分析

2．2．1 硬岩深部开采中的岩爆与开采系统扰动

2．2．2 深部开采中爆破引发的矿震及巷道失稳现象

2．2．3 高应力硬岩开挖中的能量释放与有序调控

2．3 机械破岩方法及机理

2．3．1 机械破岩方法

2．3．2 机械破岩机理

2．4 本章小结

3 开挖卸载下岩体的能量演化与应力分布研究

3．1 开挖卸载强度准则

3．1．1 莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则

3．1．2 霍克-布朗(Hoek-Brown)准则

3．1．3 格里菲斯(Griffith)准则

3．2 开挖扰动下高应力岩体的波动机理

3．2．1 卸载的波动作用机理

3．2．2 卸载路径下产生的卸载波形

3．3 开挖扰动岩体能量演化与应力重分布

3．3．1 颗粒流基本原理

3．3．2 模型建立

3．3．3 开挖扰动能量演化规律

3．3．4 开挖扰动应力重分布规律

3．4 本章小结

4 臂式掘进机连续开采工艺与技术研究

4．1 研究区工程背景

4．2 悬臂式掘进机采矿矿床开拓方式

4．2．1 斜井开拓

4．2．2 斜坡道开拓

4．3 基于悬臂式掘进机切割采矿的回采特性

4．3．1 悬臂式掘进机回采的特点

4．3．2 回采进路断面的选择

4．3．3 矿体倾角与矿石人为损失贫化间的关系

4．4 基于数值模拟的开挖方向研究

4．4．1 矿体的赋存参数

4．4．2 开挖方案

4．5 基于马路坪悬臂式掘进机试验矿体的采矿方法设计

4．5．1 回采方案

4．5．2 采准方案

4．5．3 采矿方法

4．5．4 回采通风及出矿

4．5．5 采场支护方法

4．6 小结

5 导巷道高帮矿体破碎监测及质量评价

5．1 诱导巷道高帮矿体松动圈监测

5．1．1 悬臂式掘进机试验矿段地质条件及地应力状况

5．1．2 监测方案

5．1．3 诱导巷道高帮矿体松动圈监测

5．2 诱导巷道顶板沉降监测

5．3 诱导巷道地应力变化测试

5．4 诱导巷道高帮矿体节理裂隙调查

5．4．1 节理裂隙的描述

5．4．2 节理裂隙调查

5．5 本章小结

6 臂式掘进机现场工业试验

6．1 悬臂式掘进机的性能及作业方式

6．1．1 悬臂式掘进机的性能

6．1．2 EBZ160TY悬臂式掘进机的常规作业步骤

6．2 悬臂式掘进机独头巷道掘进试验

6．2．1 试验方案设计

6．2．2 切割情况及试验分析

6．3 悬臂式掘进机切割诱导巷道高帮矿体试验

6．3．1 试验方案设计

6．3．2 切割情况及试验分析

6．4 两种掘进方式对比分析

6．4．1 掘进效率对比分析

6．4．2 截齿损耗对比分析

6．5 本章小结

7 悬臂式掘进机开采的通风防尘措施

7．1 机掘巷道工作面粉尘分布规律

7．2 悬臂式掘进机工作面粉尘实测及防尘技术

7．2．1 工作面粉尘测定

7．2．2 防尘技术

7．3 通风方法的选择

7．4 本章小结

8 全文结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

参加的科研项目、获得奖励