隐患空区群下采场结构参数优化研究

摘要

随着深部资源的不断开采和日益短缺,隐患空区群下矿体开采引起了广泛关注。汤丹铜矿由于多年开采形成多个隐患空区群,深部采场已处于上部中段未经处理的空区群下回采,上部空区群产生的次生应力场改变了采场的受力状态,为了保证采场稳定和安全高效回采,对下部中段采场结构参数和回采顺序进行优化研究。
　　 主要研究内容包含以下几个方面:
　　 (1)运用三维激光扫描系统CMS进行空区群精密探测,建立空区群三维可视化模型,掌握空区群空间分布特征,并对其体积进行了统计分析,矿区空区总体积已达4153932.28m3(不含已连通至地表和被崩落围岩充填空区),对下部中段安全生产产生了严重影响。
　　 (2)利用正交实验设计对拟定的采场结构参数进行选择性的实验,既避免了全面试验的繁琐性,又提高了计算效率。选择采场走向长度、矿柱宽度和顶柱高度采用三水平三因素正交表进行9次试验确定较优组合。
　　 (3)利用Hoek-Brown准则根据地质情况选择相关参数对岩石物理力学参数进行工程折减。
　　 (4)通过对三维矿业软件DIMINE块体模型数据格式和FLAC3D brick网格生成数据格式进行研究,编制DIMINE和FLAC3D的数据接口转换程序,实现了地质模型和数值计算模型的快速准确转换,提高了建模精度和效率。
　　 (5)运用FLAC3D数值模拟软件对1770中段西部区域矿体不同采场结构参数在1900中段隐患空区群下的力学响应进行详细分析,根据应力场、位移场、塑性区分布综合选择较优方案。数值计算结果表明采场结构参数选取顶柱高25m,矿柱宽为20m,采场长为50m时可获得较稳定的应力状态,回采顺序由东向西回采可使采场处于较稳定状态。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 论文研究的背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 采空区三维精密探测

1.3.2 隐患空区群稳定性分析

1.3.3 采场结构参数与回采顺序优化

1.4 论文主要研究方法与技术路线

1.5 本章小结

第二章 矿山工程地质概述

2.1 矿山地质条件

2.1.1 自然地理条件

2.1.2 矿床特征

2.1.3 地质构造

2.1.4 结构面空间分布规律

2.2 矿山开采现状

2.2.1 矿山开采技术条件

2.2.2 矿山回采现状

2.3 本章小结

第三章 隐患空区群探测及三维可视化建模

3.1 隐患空区群CMS探测一

3.1.1 CMS系统组成与原理

3.1.2 CMS隐患空区群探测

3.2 隐患空区群三维模型建立

3.2.1 原始数据处理

3.2.2 CMS探测空区建模

3.2.3 传统实测空区建模

3.2.4 CMS探测与传统实测数据实体联合空区建模.

3.3 隐患空区群空间分布特征

3.3.1 1650中段空区群分布特征

3.3.2 1770中段空区群分布特征

3.3.3 1900中段空区群分布特征

3.3.4 1975中段空区群分布特征

3.3.5 2038中段空区群分布特征

3.3.6 2098中段及以上空区群分布特征

3.4 本章小结

第四章 隐患空区群力学分析前处理模型构建

4.1 采场结构参数正交实验设计

4.1.1 优化指标

4.1.2 正交实验设计

4.2 岩石物理力学参数

4.3 有限差分计算程序FLAC3D

4.4 力学分析模型构建

4.4.1 数值分析计算区域

4.4.2 前处理块体模型构建

4.4.3 前处理块体模型导入FLAC3D

4.5 本章小结

第五章 采场结构参数与回采顺序优化

5.1 计算参数与约束条件

5.1.1 屈服准则

5.1.2 初始条件与边界条件

5.2 隐患空区群下不同采场结构参数力学响应

5.2.1 初始地应力场

5.2.2 应力场分布特征

5.2.3 位移场分布特征

5.2.4 塑性区分布特征

5.2.5 方案比选

5.3 回采顺序优化

5.3.1 方案初选

5.3.2 结果分析

5.3.3 方案对比分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 论文主要结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参与课题及论文发表情况