锡矿山残矿资源安全回收专项论证及开采技术方案研究

摘要

锡矿山经过百余年来的开采，特别是前期受采矿技术的局限，导致残留大量的锑矿资源不能及时回收，并形成了大量采空区。采空区的存在使残矿回采环境恶化，矿柱易发生变形破坏，严重时可能导致大面积冒落、地表塌陷和突水等自然灾害的发生，甚至造成重大的人员伤亡和严重的经济损失。随着社会经济的快速发展，矿产资源加速消耗，导致易于开采的优质资源日渐枯竭，为维持矿山企业稳定生产，除加大深部和外围勘探力度，增加保有储量外，还应加大残矿资源回收力度。为此，本文针对湖南闪星锑业有限责任公司怎样安全、经济、高效的回采残矿资源进行了系统和深入的研究，主要内容如下:
　　 (1)通过对锡矿山残矿资源开采技术条件的分析和开采范围内大量采空区的实地勘查，针对采空区的稳定性，利用模糊数学理论分析原理，对采空区的稳定性进行危险性分级。
　　 (2)由于模糊评判原理自身的局限性，分析结果不一定非常可靠，因此，为了佐证分析的正确性，在此基础上，利用数值模拟方法进行客观的分析，分析结果表明:2#和4#空区群部分地段顶板拉应力值超过极限抗拉强度，处于临界状态，其余空区均相对安全。
　　 (3)为了安全、高效、科学的回采锡矿山残矿资源，设计残矿回收方案，根据残矿资源技术分类和技术条件，运用模糊数学(Fuzzy)和层次分析法(AHP)的基本理论，在建立综合评判指标体系的基础上，对4种备选开采模式方案进行综合评判优选。从经济、技术、安全指标三方面综合考虑影响开采方案的因素，并将其转换成隶属矩阵。通过层次分析法客观的确定各因素的权重向量，进而构建模糊综合评判模型。运用模糊数学原理计算出各方案基于影响因素的综合优越度，得出备选开采模式方案的优越度，从而确定开采方案最优。
　　 (4)为了选取合理的采场结构参数，在矿岩与充填体力学参数的基础上，运用MIDAS有限元分析软件，对残矿资源回采的采场结构参数进行优化。基于采场极限暴露面积，利用MIDAS模拟不同采场的结构参数、不同回采模式下的采场应力状态和变形情况，综合分析模拟结果，最终确定最优方案。
　　 (5)对最优采矿方案进行单体设计和优化，包括采准切割工程的巷道布置、采矿设备选型与配套;采场充填技术（包括接顶技术、泄滤水技术等）;采矿方法经济效益分析;安全回收措施等。

目录

声明

摘要

第1章 概述

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外残矿回收研究现状

1．2．1 国外残矿回收研究现状

1．2．2 国内残矿回收研究现状

1．3 研究内容与路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究路线

第2章 残矿资源开采技术条件分析

2．1 矿山地质概况

2．1．1 矿区地理位置及交通情况

2．1．2 矿区气候条件

2．1．3 矿区工作制度和劳动组织形式

2．2 矿山地质及构造特征

2．2．1 矿床地质特征及矿体特征

2．2．2 地层

2．2．3 矿物成份

2．2．4 矿床的构造特征

2．2．5 工程地质条件

2．2．6 水文地质条件

2．3 矿山开采现状

2．3．1 开采概况

2．3．2 采矿方法及评价

2．4 矿山地压活动情况

2．5 采空区现状及影响范围分析

2．6 残矿资源分布及开采技术条件分类

2．6．1 残矿资源分布

2．6．2 残矿资源分类统计

第3章 采空区稳定性综合评判

3．1 大面积采空区失稳的危险度分级

3．1．1 影响大面积采空区失稳的地质因素及指数

3．1．2 影响大面积采空区失稳的开采技术条件因素及指数

3．1．3 大面积采空区失稳状态的综合指数

3．1．4 大面积采空区失稳的危险度等级划分

3．1．5 锡矿山大面积采空区失稳的危险度等级确定

3．2 锡矿山空区群稳定性模糊评判

3．2．1 模糊评判方法

3．2．2 影响采空区稳定性的地质因素及指数

3．2．3 隶属函数确定

3．2．4 锡矿山采空区稳定性模糊评判

3．3 空区稳定性数值分析

3．3．1 空区模型

3．3．2 矿区数值计算模型

3．3．3 模型有限元网格划分

3．3．4 力学属性赋值

3．3．5 模型边界条件

3．3．6 荷载及计算方式

3．3．7 采空区稳定性数值分析

3．4 小结

第4章 残矿回收方案设计

4．1 残矿资源回收前空区处理措施

4．2 残矿资源技术分类

4．3 残矿开采技术条件

4．4 残矿回收方案初选

4．4．1 人工混凝土矿柱替代法

4．4．2 房柱嗣后充填法

4．4．3 上向水平分层进路充填法

4．4．4 分段矿房嗣后充填法

4．5 矿壁回收方案优化选择

4．5．1 采矿方案综合评价指标体系构建

4．5．2 层次分析法确定影响因素权重

4．5．3 采矿方法模糊综合选择

4．6 采场结构参数优化

4．6．1 采场极限暴露面积

4．6．2 空区极限暴露面积与跨度确定

4．6．3 采场结构参数确定

4．7 采矿方法方案设计

4．7．1 上向水平分层进路充填法

4．7．2 人工混凝土矿柱替代法

4．8 残矿回收安全措施

第5章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果